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用好特殊点,巧解双曲线

2018-07-23江苏省镇江市实验高级中学

中学数学杂志 2018年13期
关键词:渐近线关系式双曲线

☉江苏省镇江市实验高级中学 张 强

纵观近年高考数学试卷中的选择题和填空题,圆锥曲线中双曲线的题目出现的频率非常高,亮点也颇多.处理好此类问题,除了熟练掌握双曲线的定义、方程与几何性质外,还要结合题目中的已知条件,准确用好题中对应的特殊点,从而避免走弯路,以达到快速、有效、准确解题的目的.

一、参数值的求解

分析:常规方法是设出点P的坐标,确定直线APB的方程,结合双曲线C的两条渐近线方程得到点A、B的坐标,根据平面向量的线性关系以及三角形的面积公式确定参数的关系式,再与双曲线方程相结合来确定参数a的值.参数众多,计算量大,繁杂无序.而通过特殊点的选取,直接利用平面向量的线性关系确定A点、B点对应坐标的关系,结合三角形的面积公式进而得以求解,再利用线性关系所对应的坐标关系来求解相应的参数a的值,处理简单,目标明确.

解析:由于点P是双曲线C右支上的任意一点,取其特殊点P位于双曲线C的右顶点处,

点评:对于变化不定的坐标关系问题,通过特殊点的选取,使得对应坐标关系更为清晰,从而方便构造之间的数量关系,简化运算,从而使得求解过程更为明确,处理方式更为简单巧妙,同时又简化运算,提高效率.

二、线段长度的求值

例2 已知O为坐标原点,设F1、F2分别是双曲线E:的左、右焦点,点P为双曲线E的左支上任意一点,自点F1作∠F1PF2的平分线的垂线,垂足为H,则|OH|=( ).

(A)a (B)b (C)2a (D)2b

分析:常规方法是确定点P的位置,连接PF1、PF2,延长F1H交PF2于点Q,结合角平行线的性质以及双曲线的定义得到|QF2|=2a,再结合中位线定理即可得到|OH|的值,利用双曲线的定义来处理,要求必须数形结合,并借助平面几何的相关知识来处理,技巧性要求高.而通过特殊点的选取,淡化双曲线的相关定义与几何性质,简化运算,可以更为有效快捷的处理与解决问题.

解析:由于点P是双曲线E的左支上任意一点,取其特殊点P位于双曲线E的左顶点处,此时F1、P、F2三点都在x轴上,那么∠F1PF2为平角,则自点F1作∠F1PF2的平分线的垂线,垂足为H,此时垂线为x=-a,P、H重合,可得|OH|=a.故选A.

点评:对于变化不定的点的位置问题,通过特殊点的选取,使得圆锥曲线问题平面几何化,处理起来更为直观快捷,从而降低对双曲线定义、平面几何综合知识的熟练掌握与应用的要求,使一般问题特殊化,运算起来更为快捷方便,而且不失一般性.

三、数量积的转化

(A)a2(B)b2(C)2ab (D)a2+b2

分析:常规方法是设出点P的坐标,结合双曲线C的两条渐近线方程得到点R、Q的坐标,结合平面向量的坐标运算与数量积来化简、判断.而通过特殊点的选取,巧妙化简,进而更加快捷的确定相应的答案.

解析:由于点P是双曲线C上的任意一点,取其特殊点P位于双曲线的顶点处,此时直线PQ与x轴重合(R、Q与坐标原点O重合),

点评:对于变化不定的平面向量问题,通过特殊点的选取,使一般问题特殊化,使得直线与圆锥曲线的位置关系、平面向量的数量积的运算问题更为简单,运算起来更为快捷方便,而且不失一般性.特殊点处理,巧妙化解决.

四、几何图形的处理

分析:常规方法是设出点P的坐标,进而确定直线PR的方程,联立直线方程求得点R的坐标,再结合点到直线的距离公式求得点P到直线OR的距离,代入四边形面积公式来求解.而通过特殊点的选取,巧妙转化平行四边形PQOR为菱形,利用渐近线的斜率确定底边OP所对应的高,进而结合三角形的面积公式来求解,更为快捷简单.

解析:由于点P是双曲线C右支上的任意一点,取其特殊点P位于双曲线C的右顶点处,

此时|OP|=a,根据双曲线C的渐近线方程的性质可知此时平行四边形PQOR为菱形,

点评:对于变化不定平行四边形问题,通过特殊点的选取,使得平面图形简单化,从而求解起来更为直观简单,处理方式更为巧妙,简化运算,提升效益.涉及平面几何图形的求解问题,经常采取此特殊法处理,寻找特殊的线段、三角形、四边形等特殊图形来分析与处理,从而使得问题解决起来更直观有效.

五、取值范围的确定

分析:先根据双曲线的定义得到关系式|PF1|=|PF2|+2,通过分类讨论,结合极限思维确定点P的特殊位置,确定当PF1⊥PF2时与当F1F2⊥PF2时关系式的最值,数形结合即可得△F1PF2为锐角三角形时关系式|PF1|+|PF2|的取值范围.

当点P满足PF1⊥PF2时,此时有|PF1|2+|PF2|2=|F1F2|2,把|PF1|=|PF2|+2代入,整理有|PF2|2+2|PF2|-6=0,解得|PF2|=-1(负值舍去),此时有|PF1|+|PF2|=2;

当点P满足F1F2⊥PF2时,此时有|PF1|2=|PF2|2+|F1F2|2,把|PF1|=|PF2|+2代入,整理有|PF2|=3,此时有|PF1|+|PF2|=8;

由于△F1PF2为锐角三角形,数形结合可得|PF1|+|PF2|∈(2,8).

点评:对于变化不定的点的位置问题,通过特殊点的选取,结合直角三角形的性质并结合勾股定理建立相应的关系式,再结合已知定义所得的关系式加以联立求解,通过极端策略,利用“两边夹”来确定对应的取值范围.这里巧妙应用在极端策略时对应的特殊点的位置处理,可以有效地避开抽象、复杂的运算,独辟蹊径,降低解题难度、化简相关运算、优化解题过程,起到事半功倍的效果.

其实,解析几何中的基本概念、基本方程、基本公式等都是高考中常考的重要知识点之一,对于考查的选择题和填空题,有时题目比较容易,有时题目比较难,但都不要轻视,要通过动手、动脑,融会贯通,化一般为特殊来巧妙处理,真正达到“动后熟悉,熟后思考,思后悟理,悟后掌握”的解题效果.H

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