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蒙日圆——2026年北大强基试题第10题

蒙日圆——2026年北大强基试题第10题

已知椭圆 , 点  满足 , 过点  作椭圆的两条切线相互垂直, 求  的值.

:本题考查椭圆的蒙日圆定理。椭圆  的蒙日圆方程为 。点  在该圆上,且 ,故 

答案

【总结】

蒙日圆(Monge's Circle)核心性质与结论汇总

定义:从该圆上任意一点向给定的二次曲线引两条切线,这两条切线必然相互垂直。即“两条互相垂直的切线的交点轨迹”。在国外也常被称为导演圆(Director Circle)


一、 三大二次曲线的蒙日圆方程

曲线类型
标准方程
蒙日圆/轨迹方程
备注与限制条件
椭圆
半径为 
双曲线
需满足 ;若  轨迹退化为原点;若 $a<b$ 则不存在。<="" td="">
抛物线
轨迹退化为一条直线,即抛物线的准线

二、 核心性质与推论(以椭圆为例)

设椭圆为 ,其蒙日圆为 

1. 向量数量积性质

设  是蒙日圆上任意一点,过点  向椭圆引两条切线 ,切点分别为 

  • 结论
  • 应用:若题目中出现“过点  作椭圆的两条切线且 ”,可直接判定点  在蒙日圆上,即 

2. 与焦点距离的关系

设椭圆的左、右焦点分别为 ,焦距为 ,则蒙日圆上的任意一点  满足:

  • 结论
  • 简要证明:利用中线定理,因为  为  的中点,所以 

3. 切线长与几何最值

  • 四边形面积:由点 、两个切点  以及椭圆中心  构成的四边形 ,其面积或线段长度的最值问题,可以通过对角线 (定值)进行转化。
  • 最大视角
    • 当点  在蒙日圆(且在椭圆外)时,两条切线的夹角为钝角);
    • 当点  在蒙日圆时,两条切线的夹角为锐角)。

三、 抛物线准线(退化蒙日圆)的特有结论

当曲线为抛物线  时,其蒙日圆退化为准线 

  1. 切点弦过焦点:过准线上任意一点  向抛物线引两条切线 ,则切点弦  **必过抛物线的焦点 **。
  2. 垂直关系扩展:不仅 ,而且有 
  3. 射影定理:焦点  在切线  上的射影(垂足)恰好落在垂直于对称轴的顶点的切线(即  轴)上。

四、 蒙日圆方程的常规推导思路(解析法)

  1. 设切线方程:设过点  的切线斜率为 ,方程为 ,即 
  2. 联立与判别式:将切线方程与椭圆方程联立,消去  得到关于  的一元二次方程。
  3. 利用相切条件(:化简得到关于  的一元二次方程:
  4. 利用垂直条件(:根据韦达定理:。(斜率不存在的情况单独检验同样成立)。