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高考解析几何最值问题的教学实践与思考

2019-11-04王会芳

理科爱好者(教育教学版) 2019年4期
关键词:几何最值高中数学

王会芳

【摘 要】随着社会的进步教育也在不断的发展,高中生的综合能力以及核心素养的培养受到了广泛关注。在高中数学的教学过程中,教师必须深度挖掘教材,加深对新课标的理解与认识,为高中数学的核心素养发展奠定基础。然而,根据我国现状分析,部分教师的教学理念还是比较传统的,对学生的综合能力以及核心素养的培养不够重视。因此,本文基于核心素养背景下针对近10年高考全国卷中的圆锥曲线试题,以及求解最值问题做出了深入研究。

【关键词】核心素养;高中数学;几何;最值

【中图分类号】G633.6  【文献标识码】A  【文章编号】1671-8437(2019)22-0095-02

1   定义法

在解决难题之际,也要适当地回忆起相关理论知识。以下题为例对“定义法”进行分析总结。

如已知某一抛物线为y2=4x,上有一定点A,且为(3,1),该抛物线的焦点为F。试问:在该抛物线上求得一点P,从而使得|AP|+|PF|取最小值,并且,求出最小值。

拿到题目之后,不要着急答题,而是要在详细阅读完题干信息以后。可以作一条自A点引出的垂线,如图(1)所示,此时,便设置垂足Q。然后,得出|AP|+|PF|=|AP|+|PQ|的结论,继而求解最小值。利用作准线的垂线是解决此类问题的一个常用方法。

如图(1),因为y2=4x,所以可以推算出P=2,即焦点为F(1,0)。由点A引准线x=-1的垂线,垂足是Q,则可以得到|AP|+|PF|=|AP|+|PQ|,此时为最小值,最小值为(|AP|+|PF|)min=4。

結合可以得到点P(,1)就是要求的点。

如果另取一点P′,很容易得出|AP′|+|P′F|=

|AP′|+|P′Q′|>|AP|+|PF|。

本题从一个简单的题型入手,能清晰的建立利用定义法求高考解析几何最值问题的基本方法,本题虽简单却是利用定义法求最值问题的典型例题,利用圆锥曲线性质来求解最值问题,不失为“锦囊妙计”。

2   函数法

函数法就是在高考的解析几何中,不直接展示待求的最值目标,而是将其转化为某变量的相关函数。(关键:注意变量的定义域)。以下题为例对“二次函数法”进行分析总结。

如在过动直线x+2y=p与定直线2x-y=a的交点,其中p∈(0,3a]的等轴双曲线系x2-y2=λ中,当p为何值时,λ达到最大值与最小值?

本道例题是典型的利用二次函数的方法来求解析几何的最值,解决此类问题的基本方法是:首先求出交点坐标代入双曲线,可得λ的二次函数表达式,再利用函数方法求解。

根据“过动直线x+2y=p与定直线2x-y=a的交点”,

先将联立,很容易可以得出交点Q的坐标为(),将交点Q的坐标代入双曲线x2-y2=λ中,可以得到λ=x2-y2=()2-()2=(-3p2+8ap+

3a2)=[-3(p-)2+],在这里p的范围是

p∈(0,3a]。当p=时,λmax=a2,又因为0

本题在解决求最值的过程中是利用二次函数的方法进行求解的,在遇到此类题目时,要将最值先转化为函数,继而求解函数在所给区间上的最值即可。

3   几何法

如:已知F为抛物线y2=x的焦点,点A,B在该抛物线上且位于x轴的两侧,=2(其中为坐标原点),则△ABO与△AFO面积之和的最小值是多少?

在仔细审题以后,经过分析可以先设直线方程和点的坐标,联立直线与抛物线的方程得到一个一元一次方程,再利用韦达定理及=2消元,最后将面积和表示出来,探求最值问题。根据题意作出如下图(2)所示的示意图。

在这里,设直线AB的方程为:x=ty+m,点A(x1,y1),B(x2,y2),直线AB与x轴的交点为M(m,0),由y2-ty-m=0,根据韦达定理有y1·y2=-m;因为=2,所以x1·x2+y1·y2=2,结合y12=x1及y22=x2,得(y1·y2)2+y1·y2-2=0;因为点A,B位于x轴两侧,所以y1·y2=-2,故m=-2。此时不妨令点A在x轴上方,则y1>0,又F(,0),所以S△ABO+S△AFO=×2·(y1-y2)+·y1=y1=y1+≥=3,当且仅当y1=,即y1=时,取等号,所以△ABO与△AFO面积之和最小值是3。

本题考查解析几何中的面积最值问题,用到了借助图像,列出函数,进而求函数最值的方法等知识,这道题不仅考查了学生建立模型和解决模型的能力,还考察了学生运用数形结合的数学思想方法。

4   不等式法

“不等式法”,在高考几何题目中的出现频率也是极高的。这种方法是求圆锥曲线中最值问题应用最为广泛的一种方法。以下题为例对“不等式法”进行分析总结。

如设椭圆中心在坐标原点,其上有两个顶点,分别为A(2,0),B(0,1)。此时,直线y=kx(k>0)与椭圆交于E,F两点,试求:四边形AEBF面积的最大值。

由于椭圆中心在坐标原点,可以得出椭圆标准方程为+y2=1,写出直线AB、EF的方程为x+2y=0,y=kx(k>

0)。通过椭圆方程的联立,消去y,从而列出关于x的一元二次方程。接下来,再依托于根与系数的关系,便能够完美地攻克难题。

因为该椭圆中心在坐标原点,则得到椭圆标准方程

为+y2=1。由A(2,0),B(0,1)是它的两个顶点,直线y=kx(k>0)与椭圆交于E,F两点,可以得出直线AB、EF的方程为x+2y=2,y=kx(k>0),此时设E(x1,kx1),F(x2,kx2)(x1

h1=

h2=

又因为AB=,所以四边形AFBE的面积为S=

AB(h1+h2)=2≤2。

当且仅当2k=1时即k=0.5时等号成立。

5   结束语

总而言之,在高中数学的教学过程中,核心素养的应用与发展是学生发展的重要途径之一。因此,教师在数学课堂中,必须围绕核心素养来展开教学,在教学过程中,教师应多设置情境教学来提高学生的学习兴趣,多设置操作环节训练学生的动手能力等。总之,一切目的都是提高学生的学习能力以及综合发展能力。

【参考文献】

[1]刘必广.私有构造函数在设计模式中的应用[J].长春师范学院学报(自然科学版),2009(06).

[2]刘燕.用角参数解(或证明)最值问题[C]//教研撷华——青海师大附中建校45周年论文集.1999.

[3]尹绍刚.解析几何最值问题探究[C]//教研撷华——青海师大附中建校45周年.1999.

[4]胡学峰.初中数学几何的入门教学策略[J].中学课程辅导(教师通讯),2015(8).

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