不同的视角
225009
别样的精彩
张
飞
江苏省邗江中学
解析几何是高中数学的重要内容,也是高考考
查的热点与难点.其知识综合性强,对学生的逻辑思维能力与计算能力等要求都较高.特别在计算能力方面,面对许多解析几何题学生常常因为复杂的计算而“知繁而退”.所以解题方法的选择就显得特别
重要,它体现了思考问题的角度.一、“设点的坐标”还是“设直线方程”
例1
如图1,、已知椭圆c的方程为等+y2—
1,A、B是rgt条直线z一±2,Y=±1所围成的矩形
..’-44£4-1,.・.f+5>o.SZXABC=2X-}X
一5+tan7=5一歹干瓦5耳i,当£一一虿5时,AABC
fI
解析3:选择一个变量么APB=2臼(o<K等),
建立y一赢・商关于目的函数,再求y
+2×虿1×l£+5l+2×虿1×tany=一£+£+5+tany
N
Nt聂d,值
即可.设么APB=20(0<曰<等),得PA—PB一
积的.最小值为等.
3选择点参数、长度参数还是选择角参数
例3
志,y一商・商=I
2sin2臼),
(志)2cos2臼=端(1_2sin2沪等(1—
PA
I・I
PBcos20一
如图3,已知圆O的半径为1,PA、PB为
该圆的两条切线,A、B为两切点,那么雨・商的
最小值为
.
令z—sinz0,O<z<1,y=2x+二--3≥刎2—3.评析:从以上过程可以看出,解析2选择长度参数,解析3选择角参数,分别建立关于长度参数或角参数的函数,然后利用求函数最值的基本方法如换元、基本不等式等进行求解,实属好方法.解析1选择点参数,由于字母太多导致求解困难,那么,能否减少字母个数或者寻找字母变量之间的关系?事实上,若以圆心0为原点,点P在z轴正半轴上,建立直角坐标系,则有z:=,721,y:一一y。,3,。一0,即B(x"一y1),P(x。,o),其中.2C。>1.这样就减少了3
解析1:学生容易想到通过建立坐标系设点的坐标求解.以圆心0为原点,建立直角坐标系,得圆。的方程为z
2
+扩一1,设A(z1,Y1)、B(x2,3,2)、P(zo,Yo).贝q
e--X・P秀一(z1--370,Yl--yo)・(z2--Xo,.312--yo)一X1X2--Xo(zl+z2)+z;+y1Y2一yo(yl+y2)+胡,
面对含有6个字母的式子,不少学生不知如何化简,望而生畏,只能选择放弃.
个字母变量,商・商一(z,一z。,Y。)・(z。一.17。,
--y1)一z;一2xlz。+z5—3,;.因为OAj-PA,所以(z1,3,1)・(z1一zo,Y1)一0,z;一.171.7Co+Y;一0,得z,z。一1,从而.171一一1.
XO
解析2:选择一个变量PA=z,建立3,=商・
商关于z的函数,再求YN14,..N且P.-I.
设PA=PB=z(z>o),则sin么A
uOrA一
商・两一z{--2x。z。+z:一y;一z;一2+z3一
(1一z;)一2x;+zj一3一与+zj一3≥2√2—3.但这里很难想到利用OA.上PA,找到z。.17。一1的关系.因此,就本题而言,选择点参数并不是明智的选择.在日常的教学中,教师要善于抓住解题过程中的每一个环节,不放过任何一个“有价值”的机会,引导学生进行对比、分析,反复琢磨,积累更多的经验和解题途径,并能在各种途径中作出合理的选择,少走弯路,简化运算,提升能力.
万1再,c。s么APB=1--2sin2么APO=1一南,y一商・商一烈1一斋)一高等(z>0).
3≥2、厄一3.
令1+x2=t(£>1),则y一_fl--3t-b2一£+导一
万方数据
的两个顶点.
‘y
K.历
^
\。--y
工
图1
(1)设P是椭圆c上任意一点,若碲一m蕊+"菌,求证:动点Q(m,咒)在定圆上运动,并求出
定圆的方程;
‘(2)若M、N是椭圆C上两个动点,且直线OM、ON的斜率之积等于直线OA、OB的斜率之
积,试探求△OMN的面积是否为定值,并说明理由.’(1)略.
(2)解法1:设M(xl,y。),N(x2,Y2),则塑丝‘
一一百1,平方得z}z=16y}y;一(4一z;)(4一z;),即zi十z;一4.凼力且线MN明万崔力(Yl—y2).z一
(z1一z2)y+zly2一z2yl一0,所以0到直线MN的
距离削一瓦墨簿岩帚’所妣OMN
的面积s一虿1=丢屈丽再研可而
MN・d一虿1
z。y:一z:y。I
一号√=;(,一譬)+z;(,一手)+丢z;z;
=÷∥百干虿一1,故△oMN的面积为定值1.
解法2:设OM的方程为y2kx(k>O),则ON的方程为y一一磊1z(志>o).联立方程组
仨豪q懈M(杀帚,丽2k).
同理可得N(了羔,了丽--1).
因为点N到直线oM的距离为d
2了x/1丽+4k2,
2
OM=%/(2
2k\z=2膘,
所以△oMN的面积S一虿1
d・OM=丢・
』型兰篓.2^/三±氅一1,、,1T足。。V
YY'--i--C-2
/k4+lN.MO“Ag值彭定为积面叫俩州庀目万方数据
说明:解法1是通过设点M,N的坐标,再根据斜率乘积为定值求出坐标之间满足的关系,以MN长为底,0到直线MN的距离为高,计算面积,最后
代入坐标关系等式求出定值的.但解题过程中未知
数比较多,在化简时应注意观察方程的特征,消去参数.消参的原则是:把与答案无关的参数消去,留下与答案有关的参数.
解法2设直线OM的方程,再根据斜率乘积为
定值,求出直线ON的方程,然后和椭圆方程联立方
程组,分别求出点M,N的坐标(用志表示),再求出点N到直线OM的距离d,OM的长,最后求出
1
△OMN的面积S一寺d・OM一1为定值.解题过程
厶
中只有一个参数惫,思路清晰,目标明确,易得结果.
不管是设点的坐标还是设直线方程,其实都体现了解析几何的本质:用代数方法处理几何问题.具体表现为点要坐标化,直线和曲线要方程化,附加条件要代数化.
二、。。设而不求,,还是。设而再求,,
例2如图2,椭圆c。:与+西y一1(口>6>o)和
a
口
圆C2:z1+y2一b2,已知圆C2将椭圆C。的长轴三
厅
等分,椭圆C。右焦点到右准线的距离为半,椭圆c。
上士
的下顶点为E,过坐标原点0且与坐标轴不重合的任意直线z与圆C。相交于点A、B.
(1)求椭圆C。的方程;
(2)若直线EA、EB分别与椭圆C。相交于点.
P、M,求出直线PM经过的定点.
’y
≠亍严\\邋露气.
E
炒j
图2
解:(1)椭圆C。方程为鲁+3,2—1.(过程略)
(2)解法1(设而不求):
设直线PM方程为Y—kx+b,P(z。,y。),9=o,舭。+x2一嚣,哪。一警≯.
由1lzy:=+k9xv+:一b9得(1+9志2)z2+18忌如+9b.z一
・.。可讶・茚一o,.・.z。z。+(y,+1)(y:+1)=o,
M(x2,3,2),
48
上海中学数学・2014年第12期
_0,.・.盟铲+m+1)嚣+(6+2u,‘‘——]—刁百一十走(D十1’r丽十(D十
1)2=0,.。.5b2+b一4=0,解得b一÷或~1(舍),
.・.6一喜.
0
即直线PM方程为y=kx-b-},即直线PM过
b及点P、M的坐标,再结合条件痢・E--P=o,发现
一说明:解法1先设出直线PM的方程Y—kx+
k、b间的关系得定点坐标.此法利用设而不求法回
由{著I。得仁霖或乒。c舍妻,,由{等栌・得1y:妊或乒・冶却’
ML.一1、
.丽-.P(—望缶,丽9k-2-1),1用一819k2
k+1’9是2+¨厂玎,丽9-k1
2h.。‰=k代换志,得
o~伙“’臂
堕11一咝
t
9k2+1
kZ._F9
黼=铬.
.‘删一蒜一害(z+蒜Ⅲ妒
忌2—1
.4
1丽1十i‘
...直线PM经过定点T(o,÷).
说明:解法2抓住目标直线PM过定点,先求
思路清晰.要注意的是:(1)在求P点坐标时,联立
(2)在求M点坐标时,由于直线ME方程y一一寺
在P(麦%,羹与})中,用一百1代换忌,就可得
M(万--1两8k,万9--两k2).
万方数据
设而不求与设而再求的区别只是解题时出发的角度不同,本质上都是通过代数运算来解决几何问题.
练习1已知椭圆等+扩一1的左顶点为A,过A
作两条互相垂直的弦AM、AN交椭圆于M、N两点.
(1)当直线AM的斜率为1时,求点M的坐标;
(2)当直线AM的斜率变化时,直线MN是否
过z轴上的一定点?若过定点,请给出证明,并求出该定点;若不过定点,请说明理由.
解:(1)直线AM的斜率为1时,直线AM为
y=z+2,代入椭圆方程并化简得522+16z+12=o,
解之得z。一一2,z:一一菩,所以点M的坐标
为(一_6,善).
(2)设直线AM的斜率为k,则AM的方程为
y一是(z+2),
ry一忌(z+2)
联立{辱+yz一1’化简得q+4舻h2+16是2z
+16k2—4—0.
・.‘此方程有一根为一2’...zM一车苦等,用一丢代换足,可得zN一警;≠.由(1)知若存
定
定一1-4
在定点,则此点必为P(一菩,o).
.・・‘忌脚一—了2—蒡帮一而,同‰一—趸:k燮(zM十i—1+—4k2十i
2-8k2,^YM一而5k,同
理可计算得志PN—Fi5k矿.
.‘.直线MN过z轴上的一定点P(一詈,o).
说明:练习1(2)在求M点坐标时,用到了A
点坐标(0,一2),由于方程(1+4k2)z2+16k2z+
16k2—4—0有一根为一2,所以M点横坐标容易求出.在求N点坐标时,用到了已经求出的M点坐
标,’只需用一寺代换k就.-I得到N点坐标,因是直
线AM方程为y—k(z+2),直线AN方程为Y一一÷(z+2),两者仅仅斜率不同.另外求P点坐标
时,用到了从特殊到一般的方法,先取特值找到P
点坐标,再证明M、N、P三点共线,避免繁琐的
运算.
不同的视角
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别样的精彩
张
飞
江苏省邗江中学
解析几何是高中数学的重要内容,也是高考考
查的热点与难点.其知识综合性强,对学生的逻辑思维能力与计算能力等要求都较高.特别在计算能力方面,面对许多解析几何题学生常常因为复杂的计算而“知繁而退”.所以解题方法的选择就显得特别
重要,它体现了思考问题的角度.一、“设点的坐标”还是“设直线方程”
例1
如图1,、已知椭圆c的方程为等+y2—
1,A、B是rgt条直线z一±2,Y=±1所围成的矩形
..’-44£4-1,.・.f+5>o.SZXABC=2X-}X
一5+tan7=5一歹干瓦5耳i,当£一一虿5时,AABC
fI
解析3:选择一个变量么APB=2臼(o<K等),
建立y一赢・商关于目的函数,再求y
+2×虿1×l£+5l+2×虿1×tany=一£+£+5+tany
N
Nt聂d,值
即可.设么APB=20(0<曰<等),得PA—PB一
积的.最小值为等.
3选择点参数、长度参数还是选择角参数
例3
志,y一商・商=I
2sin2臼),
(志)2cos2臼=端(1_2sin2沪等(1—
PA
I・I
PBcos20一
如图3,已知圆O的半径为1,PA、PB为
该圆的两条切线,A、B为两切点,那么雨・商的
最小值为
.
令z—sinz0,O<z<1,y=2x+二--3≥刎2—3.评析:从以上过程可以看出,解析2选择长度参数,解析3选择角参数,分别建立关于长度参数或角参数的函数,然后利用求函数最值的基本方法如换元、基本不等式等进行求解,实属好方法.解析1选择点参数,由于字母太多导致求解困难,那么,能否减少字母个数或者寻找字母变量之间的关系?事实上,若以圆心0为原点,点P在z轴正半轴上,建立直角坐标系,则有z:=,721,y:一一y。,3,。一0,即B(x"一y1),P(x。,o),其中.2C。>1.这样就减少了3
解析1:学生容易想到通过建立坐标系设点的坐标求解.以圆心0为原点,建立直角坐标系,得圆。的方程为z
2
+扩一1,设A(z1,Y1)、B(x2,3,2)、P(zo,Yo).贝q
e--X・P秀一(z1--370,Yl--yo)・(z2--Xo,.312--yo)一X1X2--Xo(zl+z2)+z;+y1Y2一yo(yl+y2)+胡,
面对含有6个字母的式子,不少学生不知如何化简,望而生畏,只能选择放弃.
个字母变量,商・商一(z,一z。,Y。)・(z。一.17。,
--y1)一z;一2xlz。+z5—3,;.因为OAj-PA,所以(z1,3,1)・(z1一zo,Y1)一0,z;一.171.7Co+Y;一0,得z,z。一1,从而.171一一1.
XO
解析2:选择一个变量PA=z,建立3,=商・
商关于z的函数,再求YN14,..N且P.-I.
设PA=PB=z(z>o),则sin么A
uOrA一
商・两一z{--2x。z。+z:一y;一z;一2+z3一
(1一z;)一2x;+zj一3一与+zj一3≥2√2—3.但这里很难想到利用OA.上PA,找到z。.17。一1的关系.因此,就本题而言,选择点参数并不是明智的选择.在日常的教学中,教师要善于抓住解题过程中的每一个环节,不放过任何一个“有价值”的机会,引导学生进行对比、分析,反复琢磨,积累更多的经验和解题途径,并能在各种途径中作出合理的选择,少走弯路,简化运算,提升能力.
万1再,c。s么APB=1--2sin2么APO=1一南,y一商・商一烈1一斋)一高等(z>0).
3≥2、厄一3.
令1+x2=t(£>1),则y一_fl--3t-b2一£+导一
万方数据
的两个顶点.
‘y
K.历
^
\。--y
工
图1
(1)设P是椭圆c上任意一点,若碲一m蕊+"菌,求证:动点Q(m,咒)在定圆上运动,并求出
定圆的方程;
‘(2)若M、N是椭圆C上两个动点,且直线OM、ON的斜率之积等于直线OA、OB的斜率之
积,试探求△OMN的面积是否为定值,并说明理由.’(1)略.
(2)解法1:设M(xl,y。),N(x2,Y2),则塑丝‘
一一百1,平方得z}z=16y}y;一(4一z;)(4一z;),即zi十z;一4.凼力且线MN明万崔力(Yl—y2).z一
(z1一z2)y+zly2一z2yl一0,所以0到直线MN的
距离削一瓦墨簿岩帚’所妣OMN
的面积s一虿1=丢屈丽再研可而
MN・d一虿1
z。y:一z:y。I
一号√=;(,一譬)+z;(,一手)+丢z;z;
=÷∥百干虿一1,故△oMN的面积为定值1.
解法2:设OM的方程为y2kx(k>O),则ON的方程为y一一磊1z(志>o).联立方程组
仨豪q懈M(杀帚,丽2k).
同理可得N(了羔,了丽--1).
因为点N到直线oM的距离为d
2了x/1丽+4k2,
2
OM=%/(2
2k\z=2膘,
所以△oMN的面积S一虿1
d・OM=丢・
』型兰篓.2^/三±氅一1,、,1T足。。V
YY'--i--C-2
/k4+lN.MO“Ag值彭定为积面叫俩州庀目万方数据
说明:解法1是通过设点M,N的坐标,再根据斜率乘积为定值求出坐标之间满足的关系,以MN长为底,0到直线MN的距离为高,计算面积,最后
代入坐标关系等式求出定值的.但解题过程中未知
数比较多,在化简时应注意观察方程的特征,消去参数.消参的原则是:把与答案无关的参数消去,留下与答案有关的参数.
解法2设直线OM的方程,再根据斜率乘积为
定值,求出直线ON的方程,然后和椭圆方程联立方
程组,分别求出点M,N的坐标(用志表示),再求出点N到直线OM的距离d,OM的长,最后求出
1
△OMN的面积S一寺d・OM一1为定值.解题过程
厶
中只有一个参数惫,思路清晰,目标明确,易得结果.
不管是设点的坐标还是设直线方程,其实都体现了解析几何的本质:用代数方法处理几何问题.具体表现为点要坐标化,直线和曲线要方程化,附加条件要代数化.
二、。。设而不求,,还是。设而再求,,
例2如图2,椭圆c。:与+西y一1(口>6>o)和
a
口
圆C2:z1+y2一b2,已知圆C2将椭圆C。的长轴三
厅
等分,椭圆C。右焦点到右准线的距离为半,椭圆c。
上士
的下顶点为E,过坐标原点0且与坐标轴不重合的任意直线z与圆C。相交于点A、B.
(1)求椭圆C。的方程;
(2)若直线EA、EB分别与椭圆C。相交于点.
P、M,求出直线PM经过的定点.
’y
≠亍严\\邋露气.
E
炒j
图2
解:(1)椭圆C。方程为鲁+3,2—1.(过程略)
(2)解法1(设而不求):
设直线PM方程为Y—kx+b,P(z。,y。),9=o,舭。+x2一嚣,哪。一警≯.
由1lzy:=+k9xv+:一b9得(1+9志2)z2+18忌如+9b.z一
・.。可讶・茚一o,.・.z。z。+(y,+1)(y:+1)=o,
M(x2,3,2),
48
上海中学数学・2014年第12期
_0,.・.盟铲+m+1)嚣+(6+2u,‘‘——]—刁百一十走(D十1’r丽十(D十
1)2=0,.。.5b2+b一4=0,解得b一÷或~1(舍),
.・.6一喜.
0
即直线PM方程为y=kx-b-},即直线PM过
b及点P、M的坐标,再结合条件痢・E--P=o,发现
一说明:解法1先设出直线PM的方程Y—kx+
k、b间的关系得定点坐标.此法利用设而不求法回
由{著I。得仁霖或乒。c舍妻,,由{等栌・得1y:妊或乒・冶却’
ML.一1、
.丽-.P(—望缶,丽9k-2-1),1用一819k2
k+1’9是2+¨厂玎,丽9-k1
2h.。‰=k代换志,得
o~伙“’臂
堕11一咝
t
9k2+1
kZ._F9
黼=铬.
.‘删一蒜一害(z+蒜Ⅲ妒
忌2—1
.4
1丽1十i‘
...直线PM经过定点T(o,÷).
说明:解法2抓住目标直线PM过定点,先求
思路清晰.要注意的是:(1)在求P点坐标时,联立
(2)在求M点坐标时,由于直线ME方程y一一寺
在P(麦%,羹与})中,用一百1代换忌,就可得
M(万--1两8k,万9--两k2).
万方数据
设而不求与设而再求的区别只是解题时出发的角度不同,本质上都是通过代数运算来解决几何问题.
练习1已知椭圆等+扩一1的左顶点为A,过A
作两条互相垂直的弦AM、AN交椭圆于M、N两点.
(1)当直线AM的斜率为1时,求点M的坐标;
(2)当直线AM的斜率变化时,直线MN是否
过z轴上的一定点?若过定点,请给出证明,并求出该定点;若不过定点,请说明理由.
解:(1)直线AM的斜率为1时,直线AM为
y=z+2,代入椭圆方程并化简得522+16z+12=o,
解之得z。一一2,z:一一菩,所以点M的坐标
为(一_6,善).
(2)设直线AM的斜率为k,则AM的方程为
y一是(z+2),
ry一忌(z+2)
联立{辱+yz一1’化简得q+4舻h2+16是2z
+16k2—4—0.
・.‘此方程有一根为一2’...zM一车苦等,用一丢代换足,可得zN一警;≠.由(1)知若存
定
定一1-4
在定点,则此点必为P(一菩,o).
.・・‘忌脚一—了2—蒡帮一而,同‰一—趸:k燮(zM十i—1+—4k2十i
2-8k2,^YM一而5k,同
理可计算得志PN—Fi5k矿.
.‘.直线MN过z轴上的一定点P(一詈,o).
说明:练习1(2)在求M点坐标时,用到了A
点坐标(0,一2),由于方程(1+4k2)z2+16k2z+
16k2—4—0有一根为一2,所以M点横坐标容易求出.在求N点坐标时,用到了已经求出的M点坐
标,’只需用一寺代换k就.-I得到N点坐标,因是直
线AM方程为y—k(z+2),直线AN方程为Y一一÷(z+2),两者仅仅斜率不同.另外求P点坐标
时,用到了从特殊到一般的方法,先取特值找到P
点坐标,再证明M、N、P三点共线,避免繁琐的
运算.