解析几何中的“动与静”
2016-05-30张建云陆平
张建云 陆平
有条名联,上联:方若棋盘,圆若棋子,动若棋生,静若棋死. 下联:方若行义,圆若用智,动若聘才,静若得意. 在数学中,甚是如此,本文将以解析几何为背景,来阐述数学中如何依托的一些动与静的关系来解一些题.
一、动中有静, 借形辅数,水到渠成
① 以不等式为背景的问题1:椭圆 + = 1,F1,F2分别为椭圆的两个焦点,椭圆的半焦距为c,椭圆上存在一点M,满足MF1⊥MF2求离心率e的范围.
分析 求离心率e的范围实质就是构建a,b,c不等式.
解 在椭圆 + = 1上存在点M使∠F1MF2 = 90°即以点为原点,OM = c为半径的⊙O与椭圆相交,而椭圆方程中a、b、c都是动态的,我们可锁定a、b,即椭圆不动,使得⊙O与椭圆相交,只要⊙O足够大,即c2 ≥ b2即2c2 ≥ a2.
即 ≤ e < 1,得解.
反思 本题在解题过程中,第一要明确目标;第二 要选准动静双方.如果前期工作做好了,运用动静的关系,解题就即方便,又准确.
二、静中有动, 参变互换,一蹴而就
② 以直线为背景的问题3:(2009年普通高等学校招生全国统一考试(江西卷))设直线系M:xcom θ + (y - 2)sin θ = 1(0 ≤ θ ≤ 2π),对于下列四个命题:
A. M中所有直线均经过一个定点
B. 存在定点P不在M中的任一条直线上
C. 对于任意整数n(n ≥ 3),存在正n边形,其所有边均在M中的直线上
D. M中的直线所能围成的正三角形面积都相等
其中真命题的代号是 (写出所有真命题的代号).
分析 如果我们把xcom θ + (y - 2)sin θ = 1式子中x,y 变成相对静止的参数θ而把参数θ看成变量,就会联想到公式:
又因为x cos θ + (y - 2)sin θ = 1所以点P(0,2)到M中每条直线的距离d = = 1即M为圆C:x2 + (y - 2)2 = 1:的全体切线组成的集合,对任意n ≥ 3,存在正n边形使其内切圆为圆C,故C正确.
直线系M中边能组成两个大小不同的正三角形,如图△ABC和△AEF,故D错误.所以故命题中正确的序号是:B、C.
反思 本题的解题关键在于知道动态的直线系M为圆C:x2 + (y - 2)2 = 1的全体切线组成的,在坐标平面中形成了一个静态的空洞,理解静态的空洞内的点和空洞外的点分别和直线系的关系就可以了,此解法独特,用好“动与静”的关系,解题效果颇佳.
三、动静互换,巧构坐标系,出奇制胜
③ 以曲线为背景例题4:已知椭圆的长轴长为10,短轴为6,在第一象限内保持与两坐标轴相切地运动,求椭圆的中心的轨迹.
分析 变换一下动与静的双方,即坐标系动起来,而把椭圆静止一下,研究椭圆的两条互相垂直的切线的交点的性质,就会把看上去困难的问题解决.
可以化简得x02 + y02 = 25 + 9 = 34.
这就是说点P到椭圆中心距离为,故所求轨迹方程为x2 + y2 = 34,并且x∈[3,5].轨迹图形是一段圆弧.
以“动——静——再动——再静——再动—”,不断地使创新思维向更高的水平发展.在思维过程中,如果动不以静为目标,思维就不会获得成功;静不以动为先导,也不会有创新.因此,动,静思维也是一种重要的思维形式.
高考数学命题都源于课本,我们如果在数学学习的过程中,以“动与静”的关系来理解课本中的概念、定理、公式,那么解题时,往往能够事半功倍、避免题海战术.