數學中常用幾何畫板繪制橢圓


圓錐曲線是高中數學的重點和難點,也是歷來高考的必考內容,所以對於高中生來說,弄懂圓錐曲線這塊難啃的骨頭,是很有必要的。其中要熟練掌握的圓錐曲線之一就是橢圓,它是圓錐與平面的截線,其實要想畫出橢圓,其方法不止一種,下面就一起來通過幾何畫板教程學學橢圓的五種畫法。

方法一、利用橢圓第一定義構造橢圓

橢圓第一定義:平面內到兩個定點的距離之和等於定長2a(a>0)的點的軌跡就是橢圓,按照此定義可畫出橢圓,具體步驟如下:

1.單擊“圓工具”,在畫板的適當位置任意畫一個圓,將圓心的標簽改為F1。單擊“點工具”,在圓上任意畫一點C,同時選中點F1和點C,執行“構造”-“線段”命令,構造出線段F1C。單擊“點工具”,在線段F1C任意畫一點F2。

2.在圓上任意畫一點E,並構造線段EF1和線段EF2。選中線段EF2,執行“構造”-“中點”命令,構造線段EF2的中點F。

3.選中線段EF2和點F,執行“構造”-“垂線”命令,構造出線段EF2的垂直平分線j。同時選中線段EF1和直線j,選擇“構造”-“交點”命令,構造線段EF1和直線j的交點G。

4.選中點G和點E(把點E稱做是點G的相關點,改變G點的位置,點E的位置也跟着改變),選擇“構造”-“軌跡”命令,可畫出橢圓。拖動點B和點F2可改變橢圓的形狀。

方法二、利用橢圓第二定義畫橢圓

橢圓的第二定義:設動點M(x, y)與定點F(c, 0)的距離和它到定直線l: x=a2/c的距離的比是常數(a>c>0),則點M的軌跡是橢圓。點F是橢圓的一個焦點,直線l是橢圓中對應於焦點F的准線,常數e=c/a(0<e<1)。具體的操作步驟如下:

步驟一 打開幾何畫板,使用“點工具”畫任意一點F,使用“線工具”畫直線L(點F不在L上)。過點F作一條直線,在直線上取一點P;步驟二 選中點F、P執行“度量”--“距離”命令,度量FP的長度;選中點F和度量的FP的長度,執行“構造”--“以圓心和半徑繪圓”構造以點F為圓心,FP為半徑的圓。新建參數e=0.8(可改為其他小於1的正數),計算FP/e的值;步驟三 過點P作直線L的垂線,交直線L與點M;以M為圓心,FP/e的值為半徑作圓,交垂線於N點,過N作直線L的平行線,交圓F於A、B兩點;步驟四 選中A、B兩點,執行“顯示”--“追蹤交點”命令,鼠標選中點P並拖動點P在直線PF上任意移動可得橢圓方程,也就得到了橢圓,如下圖所示。

方法三、利用橢圓參數方程畫橢圓

橢圓是一種非常重要的圖形,不僅在教學中起着重要的地位,而且在制作立體幾何圖形和動畫中也非常有用,利用橢圓參數方程畫橢圓的具體步驟如下:

1.執行“繪圖”-“定義坐標系”命令,顯示坐標系。執行“繪圖”-“隱藏網格”命令,把網格隱藏起來。

2.選擇“圓工具”,以原點O為圓心繪制兩個同心圓。

3.選擇“點工具”,在大圓的圓周上任取一點A,同時選中原點O和點A,執行“構造”-“直線”命令,構造直線OA。

4.利用“點工具”繪制出直線OA和小圓的交點B,同時選中點A和x軸,執行“構造”-“垂線”命令,作出過點A和x軸垂直的直線l。

5.同時選中點B和直線l,執行“構造”-“垂線”命令,作出過點B和直線l垂直的直線k,利用“點工具”繪制出直線l和直線k的交點C。

6.依次選中點C和點A,執行“構造”-“軌跡”命令,就可以構造出橢圓了,隱藏不必要的對象,最終效果如下圖所示。

方法四、利用繪制參數曲線功能畫橢圓

最新版幾何畫板5.06版本相對於以前的版本來說,增加了“繪制參數曲線”的新功能,利用這一功能,我們又多了一種畫橢圓的方法。具體步驟如下:

步驟一 選擇“數據”--“新建函數”命令,依次創建函數f(x)=3cosx,g(x)=2sinx。

創建函數f(x)和g(x)

步驟二 依次選中新建的函數f(x)和g(x),然后選擇“繪圖”--“繪制參數曲線”命令,彈出繪制函數對話框,輸入定義域為0≤t≤360。

步驟三 按“繪圖”按鈕關閉對話框,幾何畫板即會畫出如下圖所示的橢圓曲線。

步驟四 選中橢圓曲線,然后選擇“編輯”--“屬性”命令,在彈出的如下圖所示的對話框中將參數的取值范圍改為-90≤t≤180。

步驟五 按“確定”按鈕關閉對話框,發現橢圓曲線缺了一個角。

方法五、按照已知條件畫橢圓

比如已知橢圓的中心點、長軸的一個端點和短軸的一個端點,怎么畫出橢圓呢?具體的操作步驟如下:

步驟一 用圓工具繪制以點O為圓心,分別經過點A、B的圓。

步驟二 用線段工具連結OA。選中大圓,然后選擇“構造”--“圓上的點”命令,作出大圓上的任意一點C。

步驟三 用射線工具畫射線OC。用點工具將鼠標指針移動到射線OC和小圓的交點處,單擊鼠標左鍵,畫出交點D。

步驟四 選中點C和線段OA,然后選擇“構造”--“垂線”命令,作出垂線m;選中點D和線段OA,然后選擇“構造”--“平行線”命令,作出平行線n。用點工具畫出直線m和n的交點E。

步驟五 依次選中點E和點C,然后選擇“構造”--“軌跡”命令,作出如下圖所示的橢圓。

以上就是畫橢圓的五種方法,由此可以看出利用幾何畫板這個工具畫圖,比在黑板上畫圖省事多了,而且畫的圖既美觀又標准,不影響作圖研究。

 


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