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圆锥曲线常见错误归类剖析

2020-06-22方晓玲

理科考试研究·高中 2020年6期
关键词:圆锥曲线

方晓玲

摘 要:圆锥曲线题目涉及知识面广、综合性强,在教学中发现学生在解决此类问题时常因疏忽出错.本文列举一些常见的错误解法并进行错因剖析,希望能给同学们一些帮助.

关键词:圆锥曲线;归类剖析; 正解点睛

圆锥曲线是解析几何的核心内容,也是高考重点考查内容.在每年的高考中都占有较大的比例,其中有诸多盲点或者可设陷阱的知识点.本文将一些常见的错误进行简要归因分类,期望能增强同学们防错的“免疫力”.

1 套用定义,产生错解

在历年高考试题中,圆锥曲线的概念是一个必考点,如圆锥曲线的定义、焦点坐标等,这些是要牢记的知识点,不能混淆.

例1 已知双曲线x2 16-y2 9=1上的点P到点(5,0)的距离为8.5,则点P到点(-5,0)的距离是.

错解 设双曲线的两个焦点分别为F1(-5,0),F2(5,0),由双曲线的定义,知||PF1|-|PF2||=8.

所以|PF1|=16.5或|PF1|=0.5.

故点P到点(-5,0)的距离为16.5或0.5.

剖析 由题意,双曲线左支上的点到左焦点的最短距离为1,所以|PF1|=0.5不合题意.事实上,在求解此类问题时,应灵活运用双曲线的定义,分析出点P的存在情况,然后再求解.本题中,因左支上的点到右焦点的最短距离为9>8.5,故点P只能在右支上.所以|PF1|=16.5 .

2 忽视范围,造成误解

在解关于圆锥曲线的综合题时,要考虑圆锥曲线本身的范围,而在进行纯代数运算时常常会忽略它.

例2 已知实数x,y满足x2 4+y2=1,试求z=(x-1)2+y2的最值.

错解 由x2 4+y2=1,得y2=1-x2 4.

则有z=(x-1)2+y2=3 4(x-4 3)2+2 3≥2 3.

所以z的最小值为2 3,不存在最大值.

剖析 圆锥曲线中的横纵坐标存在其本身固有的范围,求有关最值时若忽视了这一点,就会出现上述解法中的错误.事实上,本题中还应考虑到-2≤x≤2,于是可得z的最大值与最小值分别为9与2 3.

3 盲目互换,形成疵解

在求圆锥曲线方程时,要注意焦点在x轴还是y轴上.

例3 若双曲线的渐近线方程为y=±1 2x,焦距为10,则此双曲线的方程为.

错解 若双曲线的焦点在x轴上,可设其标准方程为x2 a2-y2 b2=1,由a2+b2=(10 2)2及b a=1 2可解得a2=20,b2=5.

所以此时双曲线方程为x2 20-y2 5=1.

若双曲线的交点在y轴上,由a2+b2=(10 2)2及a b=1 2可解得a2=5,b2=20.

所以双曲线的方程为x2 5-y2 20=1.

故所求双曲线方程为x2 20-y2 5=1或x2 5-y2 20=1.

剖析 若双曲线的焦点在y轴上,则其渐近线方程变为y=±a bx(不是y=±b ax),故应为a b=1 2,此时双曲线标准方程为y2 a2-x2 b2=1,结合a2+b2=(10 2)2可解得a2=5,b2=20,从而双曲线方程为y2 5-x2 20=1,故正确答案应为x2 20-y2 5=1或y2 5-x2 20=1.

其实这两解互为共轭双曲线方程.产生错解的原因就是不针对具体情况进行认真考虑,而只是盲目地简单互换.

4 考虑不周,导致漏解

在将方程变形时应注意范围的变化,这样才不会出错.

例4 设椭圆的中心是坐标原点,长轴在x轴上,离心率e=3 2,已知点P(0,3 2)到这个椭圆的最远距离是7,求这个椭圆的方程.

错解 依题意设椭圆方程为 x2 a2+y2 b2=1(a>b>0).

因为e2=c2 a2=a2-b2 a2=1-b2 a2=3 4,

所以b2 a2=1 4,即a=2b.

设椭圆上的点(x,y)到点P的距离为d,则

d2=x2+(y-3 2)2

=a2(1-y2 b2)+y2-3y+9 4

=-3(y+1 2)2+4b2+3.

当y=-1 2时,d2有最大值,从而d也有最大值.

所以4b2+3=(7)2.

解得a2=4,b2=1.

于是,所求椭圆的方程为x2 4+y2=1.

剖析 尽管上面的解法的最后结果是正确的,但这种解法却是错误的,结果正确只是碰巧而已,当y=-1 2时,d2有最大值,这步推理是错误的,没有考虑y的取值范围.事实上,由于点(x,y)在椭圆上,所以-b≤y≤b,因此,在求d2的最大值时,应分类讨论如下:

若-1 2<-b<0,即0

若-b≤-1 2,即b≥1 2时,当y=-1 2时,d2取最大值, 所以由4b2+3=7得b2=1,a2=4.

于是,所求椭圆的方程为x2 4+y2=1.

综上两种情况,所求椭圆的方程为 x2 4+y2=1.

5 忽视隐含,引起增解

在解关于圆锥曲线的综合题或运用圆锥曲线性质时,要注意一些隐藏条件,避免出现增解.

例5 (人教A版(选修2-1)第62页B组第4题)已知双曲线x2-y2 2=1,过点A(1,1)能否作直线l,使l与双曲线交于P,Q两点,且点A是线段PQ的中点?若存在,求出直线l的方程;若不存在,说明理由.

错解1 假设存在直线l,设其方程为y-1=k(x-1).

由y-1=k(x-1),x2-y2 2=1整理,得

(2-k2)x2+2k(k-1)x-k2+2k-3=0.

设P(x1,y1),Q(x2,y2),则由x1+x2=2k(k-1) k2-2得k(k-1) k2-2=1,可得k=2.

故直線l存在,其方程为y-1=2(x-1),即2x-y-1=0.

错解2 假设满足题设的直线l存在,并设P(x1,y1),Q(x2,y2).

所以x21-y21 2=1,x22-y22 2=1.

两式相减,得

(x1+x2)(x1-x2)-(y1+y2)(y1-y2) 2=0.

因为x1+x2 2=1,y1+y2 2=1,

所以kl=y1-y2 x1-x2=2(x1+x2) y1+y2=2.

于是直线l存在,其方程为y-1=2(x-1),即2x-y-1=0.

剖析 以上两种解法出错的原因都在于忽视了隐含条件“直线l与双曲线有两个交点”,故应该还有限制条件:△=4k2(k-1)2-4(2-k2)(-k2+2k-3)>0,

解得k<3 2,显然符合题设的直线l不存在.

追本溯源 关于中点问题一般可以采用两种方法解决:(1)联立方程组,消元,利用根与系数的关系设而不解,从而简化运算解题;(2)利用“点差法”求出与中点、斜率有关的式子,进而求解.不管应用何种方法都必须注意判别式△的限制.因为对于圆、椭圆这种封闭的曲线,以其内部一点为中点的弦是存在的,而对于双曲线,这样的弦就不一定存在,故求出直线的斜率k值后需用判别式判定此时直线是否与双曲线有交点.

(收稿日期:2020-02-02)

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