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解答圆锥曲线问题的核心要点研究

2019-11-12冯霞

中学教学参考·理科版 2019年9期
关键词:核心思想圆锥曲线

冯霞

[摘   要]圆锥曲线是高中数学的主干知识,是考查学生分析问题、解决问题能力的有效载体.问题求解的核心思想是几何问题代数化.核心方法是坐标法、消元法、判别式法等.除此以外,还要注意结合平面几何的性质.

[关键词]圆锥曲线;核心思想;核心方法;几何性质

[中图分类号]    G633.6        [文献标识码]    A        [文章编号]    1674-6058(2019)26-0016-02

圆锥曲线是高中数学的重难点内容,对考生的思维能力、解题能力、计算能力要求较高,在高考中常以把关题或压轴题的形式出现,问题求解中学生往往不知从何入手.基于此,笔者给出如下几点建议.

一、明确核心思想

圆锥曲线属于解析几何的范畴,所谓解析几何,简言之就是用代数的方法解答几何问题,因此解答圆锥曲线问题的核心思想,就是将几何问题代数化.代数化的途径就是坐标法,即利用点的坐标、向量的坐标等.

二、掌握核心方法

1.设点法.该方法是处理坐标条件的重要方法.具体步骤为:设点→将曲线上的点用其他点表示出来→将被表示的点代入方程,利用方程代换求解.

2.设直线方程法.即引入直线的斜率k,设出直线方程,将其与椭圆方程联立,利用判别式法、根与系数的关系等求解.

[例1]过椭圆[x24+y23=1]的左焦点[F]的直线交椭圆于[A]、[B]两点,若[AF=2BF],求直线的斜率.

方法1(设点法):设[A(x1,y1) ,B(x2,y2)],由已知得[AF=2FB],[F(-1,0)],所以[(-1-x1,-y1)=2(x2+1,y2)],[-1-x1=2x2+2,-y1=2y2],即[x1=-2x2-3,y1=-2y2].代入椭圆方程得[(-2x2-3)24+(-2y2)23=1],[4x224+4y223+12x2+94=1].将[4x224+4y223=4]代入上式得[12x2+94=-3],得[x2=-74],代入椭圆方程得[y2=±358],故直线的斜率[k=][±52].

方法2(设直线方程法):易知直线AB的斜率存在,设其方程为[x=my-1],与椭圆方程联立得[3(m2y2-2my+1)+4y2-12=0],即[(3m2+4)y2-6my-][9=0],

设[A(x1,y1) ,B(x2,y2)],由根与系数的关系得[y1+y2=6m3m2+4 ,y1y2=-93m2+4 ].由已知得[AF=2FB],[F(-1,0)],所以[(-1-x1,-y1)=2(x2+1,y2)],[-y1=2y2],即[y1=-2y2],所以[-y2=6m3m2+4,-2y22=-93m2+4],联立得[-2×36m2(3m2+4)2=-93m2+4],解得[m=±25],故直线的斜率为[±52].

三、充分利用平面几何性质

处理解析几何问题的核心思想及方法虽然均与代数有关,但并不能完全脱离平面几何的性质.在解析几何命题中涉及的平面图形主要有等腰三角形、等边三角形、圆、平行四边形、菱形等.等腰三角形常利用“三线合一”的性质寻找思路,若等腰三角形的底与坐标轴平行或重合,则利用两腰所在直线的斜率关系(互为相反数)进行求解.等边三角形,除了可利用等腰三角形的性质求解外,还可利用高与边长的关系求解.圆,可利用直径所对的圆周角为直角,垂径定理、切线性质等.平行四边形,则常利用对边平行、对角线互相平分.菱形则是四边相等,对角线垂直平分.

[例2]已知椭圆[x2a2+y2b2=1]的一个焦点为[F(2,0)],且离心率为[63].

(1)求椭圆方程;

(2)如图1,斜率为[k]的直线[l]过点[F],且与椭圆交于A,B两点,[P]为直线[x=3]上的一点,若△[ABP]为等边三角形,求直线[l]的方程.

解析:(1)[x26+y22=1].

(2)设直线[l]的方程为[y=k(x-2)].

联立方程组[y=k(x-2)        ,x26+y22=1.]消去[y]并整理得[(3k2+1)x2-12k2x+12k2-6=0].易知判别式大于0.

设[A(x1,y1)],[B(x2,y2)],故[x1+x2=12k23k2+1],[x1x2=12k2-63k2+1],则[AB=1+k2x1-x2=]

[(1+k2)(x1+x2)2-4x1x2][=26(k2+1)3k2+1],

[MP=1+1k2?x0-xP=k2+1k2?3(k2+1)(3k2+1)].

当△[ABP]为正三角形时,[MP=32AB],可得[k2+1k2?3(k2+1)(3k2+1)=32×26(k2+1)3k2+1], 解得[k=±1],即直线[l]的方程为[x-y-2=0]或[x+y-2=0].

本题文字表述简洁、清晰,考查了直线与椭圆的位置关系和学生的数据处理能力,深刻反映了解析几何的数学本质,即将几何问题转化为代数问题,依据等边三角形的性质,进行代数运算.

四、善于将问题进行等价转化

数学问题虽然类型繁多,但有些问题的不同之处,往往只是形式上的不同,抛开形式外衣,问题的本质往往是相同的.因此,解题中,我们要善于将问题进行等价转化求解.

[例3]已知椭圆[C]:[x2+2y2=9],点[P(2,0)].过(1,0)的直线[l]与椭圆[C]相交于[M]、[N]两点.

问题1:判断[∠MPN]是钝角、锐角还是直角.

问题2:判断点P与以MN为直径的圆的位置关系.

问题3:设[MN]的中点为[T],判断[TP]与[TM]的大小.

上述三个问题,从形式上看属于不同的类型,但深究问题的本质不难发现,问题2、3与问题1是同一个本质,因此均可转化为判断[∠MPN]是钝角、锐角还是直角,进而借助向量数量积公式进行判断.下面以问题3为例进行解答.

解析:当直线[l]斜率不存在时,[l:x=1],[TP=0

联立 [x2+2y2=9 ,y=k(x-1) ,]整理得[(2k2+1)x2-4k2x+2k2-9=0],

[Δ=(4k2)2-4(2k2+1)(2k2-9)=64k2+36>0],

故[x1+x2=4k22k2+1],[x1x2=2k2-92k2+1],

[PM?PN=(x1-2)(x2-2)+y1y2][=(x1-2)(x2-2)+k2(x1-1)(x2-1)]

[=(k2+1)x1x2-(k2+2)(x1+x2)+k2+4]

[=(k2+1)?2k2-92k2+1-(k2+2)?4k22k2+1+k2+4][=-6k2+52k2+1] [<0].

故[∠MPN>90°],即点[P]在以[MN]为直径的圆内,故[TP

总之,在圆锥曲线的高考复习中,只要我们明确高考考什么,以什么形式出现,针对某一题型用什么方法求解,即可以不变应万变.

(责任编辑 黄春香)

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