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小议圆锥曲线复习教学的新视角

2018-01-23浙江省杭州市瓶窑中学叶高娇

中学数学杂志 2018年1期
关键词:双曲线椭圆本题

☉浙江省杭州市瓶窑中学 叶高娇

众所周知,圆锥曲线是中学数学的重点和难点,在高考中始终占据着重要地位.从学生学习的现状来看,我们不难发现圆锥曲线始终是学生较大的“软肋”.究其原因,笔者认为主要有三:第一,圆锥曲线本身的运算要求更高,而应试中短时间内的高要求,运算则显然是大多数学生较为薄弱的环节;第二,圆锥曲线概念、性质以及综合运用能力弱,这主要是因为复习教学没有合理的整合性,教师合理的整合才能有助于学生合理的掌握;第三,也是最为重要的一点,没有针对近年来高考热点问题、重要问题进行分析、思考和追踪,从高考真题中寻找考查的热点,做到有的放矢,这是复习教学的关键.

自2004年浙江高考自主命题以来,浙江卷对于核心知识的命题出现了不少经典问题.这些经典问题既考查了学生的基本知识和基本技能,也从立足于教材的角度作出了很好的区分,浙江卷给人以亲切而不高冷,区分又非常合理的一种态度.本文结合本省近年来较有代表性的问题与大家一起分享,以便给后续的复习教学一些新的启发、新的思考.

一、定义考查的新视角

定义的考查是高考命题的基本方向,但是定义考查的新意却是比较难实现的.不难发现,以往对圆锥曲线定义的考查主要集中在圆锥曲线的感性定义之中,因此区分度较小,即便考查也没有新的视角,属于简单问题.浙江卷的命题意图却从全新的视角出发,考查圆锥曲线的定义及其相关知识,从显而易见的角度辨别学生是否理解圆锥曲线的含义,可谓从教材出发,高处着眼学生知识体系和能力立意.

例1 (2015年浙江文7)如图1,斜线段AB与平面α所成的角为60°,B为斜足,平面α上的动点P满足∠PAB=30°,则点P的轨迹是( ).

(A)直线

(B)抛物线

(C)椭圆

(D)双曲线的一支

图1

分析:本题的载体是空间几何,但是选项是清一色的圆锥曲线,对学生而言,这样的问题显然是知识整合处的考点,那么问题立足于教材哪里呢?以往的教学做了那么多的模拟题,是否认识到这样的问题才是源自教材又高于教材的好题.学生解决这样的灵活考题,往往缺失了知识的联系性,不妨让我们翻开人教版教材选修2-1,来到圆锥曲线一章的第一页,你能看到下列三幅图组成的章头图,如图2.

图2

古希腊数学家在沙滩上研究对顶圆锥时,用不同角度的平面去截圆锥,发现了圆、椭圆、双曲线和抛物线,因此圆锥曲线就此得名.教材中正是以这样的章头图引入,告诫学生其名称的真正含义.令人惋惜的是,笔者发现不少教师在教学时对章头图都没有认真思考过,很多学生到高三毕业都不知道圆锥曲线的真正含义?这样的教学又有多少意义?让我们回头思考原题:先将平面抽离,则动点P满足∠PAB=30°在空间的轨迹是以斜线段AB轴,以AP为母线的圆锥表面,若将平面α垂直于轴AB插入,则显然轨迹是圆;若将平面α与轴AB成30°角插入,则显然轨迹是抛物线;现斜线段AB与平面α所成的角为60°,其轨迹介于抛物线和圆之间,显然是椭圆.将空间几何问题与解析几何问题融合考查,成为浙江高考圆锥曲线问题的新视角.再来看一道浙江的真题.

例2 (2008年浙江理10)如图3,AB是平面α的斜线段,A为斜足,若点P在平面α内运动,使得△ABP的面积为定值,则动点P的轨迹是( ).

(A)圆 (B)椭圆

(C)一条直线 (D)两条平行直线

图3

图4

通过对比研究,我们不难发现浙江卷的试题命制总是有“似曾相识燕归来”的感觉,研究高考可以从研究高考试题的共性下手,研究问题背后的数学本质,研究教材中最值得我们教学的知识核心.笔者以为这正是这些概念考查问题带给我们的新思考,引导高三概念复习教学追求回归教材、思考教材、挖掘教材.有兴趣的读者可以进一步研究这些变式问题:

变式1:如图4,AB是平面α外固定的斜线段,B为斜足.若点C在平面α内运动,且∠CAB等于直线AB与平面α所成的角,则动点C的轨迹为_________.(答案:抛物线.)

变式2:二面角α-l-β大小120°,AB垂直平面β交l于B,动点C满足AC与AB成40°角,则点C在平面α和平面β上的轨迹分别是___________.(答案:双曲线、圆.)

二、性质考查的新视角

对于圆锥曲线性质的考查,浙江高考命题也可谓精挑细选,以一种“犹抱琵琶半遮面”的感觉出现.众所周知,椭圆、双曲线、抛物线有非常多的性质,在各种模拟试卷中对其性质的研究不可谓不深,甚至某些性质达到了专家研究的级别,但是高考命题却反其道行之,不以“偏、难、繁”为对象,而是以教材所讲述的基本性质为考点进行编制,再一次体现复习教学以教材为纲,又高于教材的基本要求.笔者以2011年浙江理科填空压轴为例,来思考性质考查的新视角.

例3 (2011年浙江理17)设F1,F2分别为椭圆1的左右焦点,点A,B在椭圆上,若,则点A的坐标是________.

图5

分析:初读本题,感觉试题表述言简意赅,而且定值类问题应该在难度上也不会太大,但是笔者给学生尝试后发现,学生对于问题的理解却是直观的很,其思维方式根本没有立足椭圆的基本性质思考,看一下学生的尝试:设直线AF1的斜率为k(k>0),则直线AF1的方程为).联立椭圆x2+3y2=3,得(1+3k2)x2+采用这样的方法处理的学生基本只能停留在此,为什么做不下去了呢?我们发现,学生对于圆锥曲线问题的求解已经被训练成了一种模式化、套路化,即直线和圆锥曲线进行联立,采用韦达定理代入代数条件获得解决,一旦韦达定理失效,则学生慌乱失措.本题恰好是找到了应试教学的软肋!其实学生的方式不是不能做,我们将其解决完毕,结合图5可知,此时xA=0,点A的坐标是(0,1).同理,当k≤0时,点A的坐标是(0,-1).但是,这样的运算去处理在一个填空问题上,显然是得不偿失的.那么教师应该思考,高考试题到底考查了学生什么呢?看似平淡无奇,其背后隐藏的数学性质是什么呢?

我们回顾圆锥曲线椭圆第一课,在介绍椭圆性质的时候,我们阐述了椭圆对称性是其最基本的性质,其关于坐标轴和原点对称,既是中心对称图形也是轴对称图形.高考命题正是基于此,从教材视角入手,我们思考本题的解答应该是从对称性入手:如图6所示,设直线AF1与椭圆的另一个交点为B1,设点A的坐标为(x1,y1),点B的坐标为(x,y),由及椭圆对称性可知,

图6

122|F1A|=5|F1B1|,得y1=-5y2.设直线AF1为:x=ty-,联立椭得y1=±1.故点A的坐标是(0,±1).

本题的合理思路才是命题者想传递的,其以教材椭圆最基本的对称性为出发点,巧妙地将线段利用中心对称作出,形成了学生普遍可以使用的韦达定理,这才是基于教材又高于教材最合理的体现.对于这一经典的高考真题,我们不妨对其进行改编尝试:

改编1:如图7,设F1,F2分别为双曲线x2-y2=1的左,右焦点,点A,B分别在双曲线的左右两支上,且满足,则直线FA的斜率为______.

1

图7

分析:如果理解了例3,自然一眼就看透了本题,双曲线中心对称的性质跃然纸上,利用这一对称性.我们可以将其转换为合理的常态问题解决.笔者认为,对于高考所考查的视角,教师要注重其数学问题背后的知识,要反复体会,要多角度思考,要以不同载体进行训练(.答案:±

改编2:点P为双曲线=1(a>0,b>0)第一象限内动点,A1,A2为实轴端点,O为坐标原点,记直线PA1,PO,PA2斜率分别为k1,k2,k3,若0<k·1k·2k3<27且可取遍开区间(0,27)内任意实数,则双曲线离心率为_________.

分析:椭圆、双曲线中有不少经典的性质,从深度的角度来说,可能做不到面面俱到,但是常见的性质需要教师提醒复习到位.如椭圆=1(a>b>0)长轴顶点与椭圆上动点P(m,n)(不重合于长轴顶点)连线的斜率乘积;双曲线=1(a>0,b>0)实轴顶点与双曲线上动点P(m,n)(不重合于实轴顶点)连线的斜率乘积2.本题笔者编制的时候恰以上述性质为背景,有了这样的知识背景,本题的解决自然水到渠成.本题 中,又0<k1·k2·k3<27且可取遍开区间(0,27)内任意实数,所以

三、运算考查的新视角

以往的直线和圆锥曲线综合性问题,大量的复杂运算往往是必备的.但是近年来浙江卷却反其道行之,大量运算的圆锥曲线试题并不是考查的首选,而是以非常态运算作为考查的第一准则,即首先讲求算理,有了合理的算理再讲求运算,圆锥曲线问题已经脱离了以往一味的死算、蛮算,进入了拥有合理算理的全新运算视角,教学要以这样的真题作为教学的导向,让学生理解合理的算理,也要让教师明白很多模拟卷上的圆锥曲线综合性问题都是“误人子弟”.

(1) 已知直线l的斜率为k,用a,b,k表示点P的坐标;

图8

(2)若过原点O的直线l1与l垂直,证明:点P到直线l1的距离最大值为a-b.

分析:本题第(1)问实则是椭圆上一点的切线性质,大部分学生无视知识的类比:过圆x2+y2=r2上一点P(m,n)作圆的切线,则切线方程为mx+ny=r2.圆和椭圆实则是同一曲线,自然而然在切线的性质上是异曲同工的.第(2)问实则是函数问题的研究,既可以从函数视角建立模型,也可以寻找不等式的方式,但是显然与模拟试卷中的常态运算完全背离,可见命题者对学生运算处理能力高度上的考查,那些一味靠直线与圆锥曲线联立死算的学生则往往败下阵来.

结合①②及P在第一象限,得

第(2)问:从问题的一般算理角度出发,自然是点到直线的距离公式,这是比较合理的、容易想到的算理.可时有最大值.

当然本题还有不等式的算理,这不过是技巧上的选择:设P(x0,y0)是椭圆=1上一点,且x0>0,y0>0,则椭圆在P点处切线l方程为,所以椭圆在P点处法线l2方程为显然题设中的P点到直线l1距离恰等于坐标原点到此法线l2的距离,设该距离为,于是由柯西不等式值为a-b.

从2014年开始,有兴趣的读者可以研究下浙江卷圆锥曲线综合性问题,其思维的难度相比以往有所上升,但是其大量的运算却不见得提升,这与命题者努力提高选拔的思维层次性指导方针密不可分.因此笔者认为教学中研究这些真题对于复习教学是大有裨益的.限于篇幅,本文研究了近年来浙江高考中的新的方向,也限于水平不可能面面俱到,但是从概念、性质、算理的视角来说,高考命题者一直在不断求变,教师要紧紧围绕这些试题所传递的信息,将这一信息从中提炼出来,不断分析、总结,使其在圆锥曲线学习环节获得全新的认知和思考,同时也提升教师自身专业化的素养.

1.石志群.高考数学命题思路分析及复习策略[J].中学数学月刊,2009(11).

2.渠东剑.探究方法比探究结果更重要[J].中学数学教学参考(高中),2013(4).

3.宋卫东.从生“动”到生动,诠释思维品质的提升[J].中学数学月刊,2013(5).

4.朱永祥.再谈数学思想方法的挖掘和应用[J].中学数学(上),2008(2).

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