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解析几何存在性问题常见题型及解法

2019-04-24山东史立霞

教学考试(高考数学) 2019年1期
关键词:双曲线题型直线

山东 史立霞 秦 振

存在性问题是探索题的一种,在解析几何中就是判断满足某些条件的参数、点、直线、曲线等几何元素是否存在的问题.它通常以开放性的设问方式给出:若存在符合条件的“元素”,就求出这些“元素”;若不存在,则要求说明理由.解决存在性问题的方法是先假设满足条件的元素存在,然后利用条件转化为代数问题进行计算和推理,如果能得到相应的结果,就说明满足条件的几何元素或参数值存在;否则,不存在.

一、是否存在“值”的问题

题型特点:一般是在确定的条件下判断某个常数是否存在,或是否存在某个常数的范围,或某条线段是否存在最小值(或最大值),或某个图形的面积是否存在最小值(或最大值)的问题.这类问题常常出现“是否存在”“是否有”“是否变化”等疑问句,以示结论有待判断.

解题策略:解决这类问题的策略是先假设需要探索的“值”存在,从条件和假设出发进行运算、推理,若出现矛盾,则否定存在;如果不出现矛盾,则肯定存在.

(Ⅰ)求椭圆C的方程;

(Ⅱ)AB是经过右焦点F的一条弦(不经过点P),设直线AB与直线l相交于点M,记PA,PB,PM的斜率分别为k1,k2,k3.问:是否存在常数λ,使得k1+k2=λk3?若存在,求λ的值;若不存在,说明理由.

说明:第(Ⅱ)题的解法具有代表性,我们可以称为“形成性解法”,它是按照试题的形成过程一步一步操作,经过计算,推理得到答案.

二、是否存在点的问题

题型特点:一般是在确定的条件下判断某一点,或某几个点是否存在的问题.这类问题也是以“是否存在”“是否有”“是否变化”等疑问句呈现,以示结论有待判断.

解题策略:解决这类问题的策略是先假设需要探索的点存在,设出点的坐标,从条件和假设出发进行运算、推理,若出现矛盾,则否定存在;如果不出现矛盾,则肯定存在.最后求出点的坐标.

(Ⅰ)求椭圆C的方程,并求点M的坐标(用m,n表示);

(Ⅱ)设O为原点,点B与点A关于x轴对称,直线PB交x轴于点N.问:y轴上是否存在点Q,使得∠OQM=∠ONQ?若存在,求出点Q的坐标;若不存在,请说明理由.

(Ⅱ)根据问题的特点,设点A在第一象限可以省去tan∠OQM,tan∠ONQ与直线QM,QN斜率之间符号的讨论.由∠OQM=∠ONQ转化为kNQ·kMQ=1,由此列出方程解决.

三、是否存在直线的问题

题型特点:一般是在确定的条件下判断某一条直线,或几条直线是否存在的问题.这类问题也是以“是否存在”“是否有”“是否变化”等疑问句呈现,以示结论有待判断.

解题策略:解决这类问题的策略是先假设需要探索的直线存在,设出直线方程为y=kx+b,从条件和假设出发进行运算、推理,将问题转化为探索参数k和b的存在问题.若直线的斜率和截距存在,则所求直线存在,可求出直线方程;若出现矛盾,则否定存在.注意直线斜率不存在时,需要验证此时直线的存在性.

(Ⅰ)求C1,C2的方程;

(Ⅱ)设C2与y轴的交点为M,过坐标原点O的直线l与C2相交于点A,B,直线MA,MB分别与C1相交于点D,E.

(ⅰ)证明:MD⊥ME;

说明:解(ⅱ)时,假设直线l存在,发现两个三角形共顶点,从而将三角形面积的比值转化为对应边乘积的比值,再转化为对应横坐标乘积的比值,由此联想到根与系数的关系,构造关于k的方程,使问题顺利解决.可见平面几何知识的合理运用,对解析几何问题的解决可能起到关键作用.

四、是否存在圆的问题

题型特点:一般是在确定的条件下判断某圆是否存在的问题.这类问题也是以“是否存在”“是否有”“是否变化”等疑问句呈现,以示结论有待判断.

解题策略:解决这类问题的策略是先假设需要探索的曲线存在,设出圆的方程为(x-a)2+(y-b)2=r2,从条件和假设出发进行运算、推理,将问题转化为探索参数a,b和r的存在问题.若这些参数存在,则所求圆存在,可求出圆的方程;若出现矛盾,则否定存在.

例4曲线C是平面内到直线l1:x=-1和直线l2:y=1的距离之积等于常数k2(k>0)的点的轨迹.

(Ⅰ)求曲线C的方程;

(Ⅱ)定义:若存在圆M使得曲线C:f(x,y)=0上的每一点都落在圆M外或圆M上,则称圆M为曲线f(x,y)=0的收敛圆.判断曲线C:f(x,y)=0是否存在收敛圆?若存在,求出收敛圆方程;若不存在,请说明理由.

分析:(Ⅰ)可采取直译法求曲线C的方程;

(Ⅱ)根据图形的特点确定圆心坐标,再由圆与曲线C的关系求出半径.

解:(Ⅰ)设曲线C上任一点的坐标为(x,y),则根据题意,可知曲线C的方程为|x+1|·|y-1|=k2.

说明:此题是创新拓展型问题,它的特点是给出新概念,让考生在新概念下解决新问题.解决这类问题的关键是理解新概念的内涵和外延,解题时运用已掌握的知识和方法理解“新概念”,做到化生为熟,转化为熟悉的知识,现学现用.

五、是否存在圆锥曲线的问题

题型特点:一般是在确定的条件下判断某条圆锥曲线是否存在的问题.这类问题也是以“是否存在”“是否有”“是否变化”等疑问句呈现,以示结论有待判断.

解题策略:解决这类问题的策略是先假设需要探索的曲线存在,设出曲线方程,从条件和假设出发进行运算、推理,若曲线是椭圆或双曲线时,就将问题转化为探索参数a,b的存在问题.若曲线是抛物线时,就将问题转化为求参数p是否存在问题.若参数存在,则所求曲线存在,可求出曲线方程;若出现矛盾,则否定存在.

(Ⅰ)求双曲线E的离心率;

(Ⅱ)如图,O为坐标原点,动直线l分别交直线l1,l2于A,B两点(A,B分别在第一、四象限),且△OAB的面积恒为8,试探究:是否存在总与直线l有且只有一个公共点的双曲线E?若存在,求出双曲线E的方程;若不存在,请说明理由.

若直线AB与双曲线E另有公共点N,如图所示,则x1≠x2.因为x1=x2时,A,B关于x轴对称,y0=0.从而由对称性AB与双曲线E有三个公共点,矛盾.

当x1=x2时,有x1=x2=2,M(2,0)∈E,此时M为E的右顶点,为AB与E的唯一公共点.

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