如图,过椭圆外一点引椭圆的两条切线PA与PB.椭圆上一点C处的切线与PA、PB分别交于M、N,即椭圆与三角形PMN旁切.求证:MN对椭圆的焦点F的张角大小与C点的位置无关.
我们有一个椭圆的切线相关的重要辅助线及其性质:作椭圆的某个焦点关于切线的对称点,那么该点位于另一焦点与切点所在的直线上(三点共线)且该点到另一焦点的距离为椭圆的长轴长(位于以另一焦点为圆心,长轴长为半径的圆上).
在本题中,设椭圆的另一个焦点为E,以F为圆心,长轴长为半径作圆,则E点关于PA、PB、MN的对称点A1、B1、C1均在圆上,如图.
接下来想办法将∠MFN从难处理的椭圆中转移到容易处理的圆中.如图,过A1、B1、C1分别作直线P′A1、P′B1、M′N′与直线PA、PB、MN平行,这相当于以E为中心,将PMA、PNB放大到原来的两倍.因此类似的将F放大到F′的位置,其中F′E=2FE.这样就有∠MFN=∠M′F′N′.
最后我们集中精力在圆中解决这个问题(如下图).
设P′A1、P′B1、M′N′分别与圆交于点X、Y、Z,连接F′X、F′Y、F′Z、ZX、ZY.
由于F平分F′E且为圆心,于是F′X⊥P′A1、F′Y⊥P′B1、F′Z⊥M′N′,进而Z,M′,X,F′四点共圆,Z,Y,N′,F′四点共圆.
于是所求角∠M′F′N′=∠M′F′Z+∠N′F′Z=∠M′XZ+(π−∠ZYB1)=π−∠A1XZ+π−∠ZYB1
因此M′F′N′的大小始终为弧A1C1B1所对的圆周角,与C1的位置无关.进而MFN的大小是固定的,而与C的位置无关,原命题得证.
现在证出来了,解答更为简洁晚上有空我上传到博文里ヾ(❀╹◡╹)ノ~
这个性质我曾经猜想过但未证明,今见此文深感不如¦•ˇ₃ˇ•。)