例说解析几何常见小误区

来源 :高中生学习·高二版 | 被引量 : 0次 | 上传用户:cg120900230
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  在解析几何问题的繁难和灵活多变等方面,同学们通过努力学习都可以取得一些良好地突破,但在考试得分上又总是不太理想. 大多数人总以为是由一些偶然因素——粗心大意造成的,其实是因为一些没引起注意的误区而“必然”形成了这些失误.
  直线的倾斜角与斜率
  对直线倾斜角的定义掌握不准确,因忽视斜率不存在的情况而导致误判或漏解.
  例1 直线[x+cosθ?y-1=0]的倾斜角[α]的取值范围为________.
  错解 [θ∈[π4,π2)]
  分析 (1)对直线倾斜角的定义、倾斜角的范围掌握不准确;(2)遗漏斜率不存在的情况;(3)由斜率范围推导倾斜角的范围时出现错误.
  正解 (1)当[cosθ=0]时,[α=π2].
  (2)当[cosθ≠0]时,[k=-1cosθ].
  由[k∈(-∞,-1]?[1,+∞)]得,[α∈[π4,π2)?(π2,3π4]].
  综上所述,倾斜角[α]的取值范围为[[π4,3π4]].
  例2 已知椭圆[C:(x-1)24+y23=1],点[F]为椭圆的右焦点,过原点的直线[l]交椭圆[C]于[A,B]两点. 探究[FA?FB]是否存在最大值或最小值?若存在,求出最值;若不存在,请说明理由.
  错解 设[A,B]两点坐标分别为[(xA,yA),(xB,yB)].
  由题意得,椭圆的右准线方程为[x=5].
  由椭圆的第二定义得,
  [FA=12(5-xA),FB=12(5-xB)].
  所以[FA?FB=14[25-5(xA+xB)+xA?xB]].(*)
  设直线[l]的方程为[y=kx],代入椭圆方程消去[y]整理得,[(3+4k2)x2-6x-9=0].
  所以[xA+xB=63+4k2,xA?xB=-93+4k2].
  代入(*)式得,[FA?FB=14(25-393+4k2)∈[3,254)].
  所以[FA?FB]的最小值为3,无最大值.
  分析 设过原点的直线方程时忽视了斜率不存在(即[y]轴)的情况.
  正解 (1)当[l]的斜率不存在时,即有[FA?FB=254.]
  (2)同上述错解中的步骤.
  所以[FA?FB]的最小值为[3],最大值为[254].
  点拨 解有关直线与圆锥曲线的位置关系问题时,往往易遗漏直线斜率不存在的情况. 而这种情况因其位置或方程式的特殊性很容易作答与得分,要优先考虑且优先作答.
  圆的方程
  圆的标准方程的“标准性”与一般方程中的“必要条件”容易被忽视.
  例3 已知圆[x2+y2+mx+2my+2m2+m-1=0]的圆心在直线[y=4mx+1]上,则[m=] .
  错解 圆[x2+y2+mx+2my+2m2+m-1=0]的圆心坐标为[(-m2,-m)],
  由[-m=4m×-m2+1]得,[2m2-m-1=0].
  所以[m=-12],或[m=1].
  分析 圆的一般方程形式下[D2+E2-4F>0]为其必要条件,否则该方程不能表达为圆.
  正解 由[m2+(2m)2-4(2m2+m-1)>0]得,
  [-2  又圆[x2+y2+mx+2my+2m2+m-1=0]的圆心[(-m2,-m)]在直线[y=4mx+1]上,
  即[-m=4m×-m2+1],即[2m2-m-1=0],于是[m=-12],或[m=1](舍). 故[m=-12].
  点拨 若题中给定的圆是一般方程的形式并且含有参数时,要留意[D2+E2-4F>0]这一必要条件,或在转化不烦琐的情况下,先化成标准形式.
  例4 已知點[A-3,1,B-4,3],圆[C: x2+y2=m2],当圆与线段[AB]没有公共点时,求[m]的取值范围.
  错解 将题中的实数[m]当成了圆的半径,误认为[m>0].
  分析 在表示圆的标准方程时,虽没“约定”半径一定得用字母[r],但用字母[r]却成了习惯,若利用其他字母表示时,就要标识其取值范围了.
  正解 设[f(x,y)=x2+y2-m2],由题意得,
  [f(-3,1)?f(-4,3)<0],即[4-m225-m2<0].
  所以[m∈-5,-2?2,5].
  点拨 坚守“约定俗成”的表达方式,在表达方式中出现另类模式时,应注意可能产生的陷阱:如圆的标准方程中原本是[r2],而改变成了[m2];又如抛物线标准方程[y2=2px]中的“[p]”改写成“[a]”等.
  圆锥曲线问题
  注重对椭圆、双曲线及抛物线定义的理解. 在使用曲线与直线方程联立解题时,运算一定要“细致”,同时要巧妙使用韦达定理,并适时利用判别式加以检验.
  例5 抛物线[y=4x2]的准线方程为( )
  A. [x=-1] B. [y=-1]
  C. [x=-116] D. [y=-116]
  错解 B
  分析 把方程错当成标准方程.
  正解 D
  点拨 二次函数的图象为抛物线,在学习二次函数时的侧重点是函数知识,其解析式为[y=ax2+bx+c][(a≠0)](仅因变量在等式左边). 而圆锥曲线中的抛物线的标准方程为[y2=2px],或[x2=2py(p>0)](仅二次项在等式左边). 对抛物线[y2=ax]来说,其焦点坐标为[(a4,0)],准线方程为[x=-a4];对抛物线[x2=ay]来说,其焦点坐标为[(0,a4)],准线方程为[y=-a4].   例6 求经过点[(12,2)],且与双曲线[4x2-y2=1]仅有一个公共点的直线方程.
  错解 (1)当[k]不存在时,直线[x=12]满足题意.
  (2)当[k]存在时,设所求的直线方程为[y-2=k(x-12)],代入双曲线方程[4x2-y2=1]得,[(4-k2)x2-2k(2-12k)x-(14k2-2k+5)=0].
  由[Δ=0]得,[k=52]. 故直线方程为[y=52x+34].
  综上所述,所求的直线方程为[x=12],或[y=52x+34].
  分析 在错解的(2)中,利用判别式的前提是要明确方程是一元二次方程,否则会产生漏解.
  正解 (1)当[k]不存在时,直线[x=12]满足题意.
  (2)当[k]存在时,设所求直线方程为[y-2=k(x-12)],代入双曲线方程[4x2-y2=1]得,[(4-k2)x2-2k(2-12k)x-(14k2-2k+5)=0].
  ①当[k=2]时,直线方程为[y=-2x+1],与双曲线只有一个公共点.
  ②当[k=-2]时,直线方程为[y=-2x+3],与双曲线只有一个公共点.
  ③当直线和双曲线相切时,由[4-k2≠0,Δ=0]得,[k=52],直线方程为[y=52x+34.]
  综上所述,经过点[(12,2)]且与双曲线[4x2-y2=1]仅有一个公共点的直线方程有四条,它们分别为:[y=-2x+1],[y=-2x+3],[y=52x+34],[x=12].
  点拨 错解中遗漏了的两条直线[y=-2x+1],[y=-2x+3],实际上是过点[(12,2)]且与该双曲线的两条渐近线分别平行的直线. 很显然,这样的直线与双曲线一定只存在一个交点.
  例7 已知双曲线[x2-y22=1],过点[P(1,1)]且被其平分的弦所在直线方程是( )
  A. [2x-y-1=0] B. [2x+y-1=0]
  C. [2x+y+1=0] D. 不存在
  错解 设所求弦所在的直线为[l],它与双曲线交于[A(x1,y1),B(x2,y2)(x1≠x2)]两点.
  因为点[P]为线段[AB]的中点,
  于是有[x1+x2=2,y1+y2=2].
  则[x12-y122=1, ①x22-y222=1. ②]
  ①-②,并整理得,[kAB=y2-y1x2-x1=2(x2+x1)(y2+y1)=2. ③]
  由点斜式方程得,所求的直线方程为:[y-1=2(x-1)],即[2x-y-1=0],故选A.
  分析 错解中,由①②两式可推出③式,但由③式不能反推出①②两式,因此在运算中可能会出现不等价. 事实上,命题涉及的范围有被放大的可能,故应对所求直线进行相关检验,采取必要的补救措施.
  正解 同错解中的步骤. 再由[2x-y-1=0,x2-y22=1]得,[2x2-4x+3=0],而此方程无解. 说明此直线与双曲线无交点,属增解,应舍去. 故应选D.
  点拨 在解析几何的代数运算中,常常要利用常规的变形或运算,因此时刻要留意前后变形的等价性——充要关系. 若需要利用不等价变形,在不等价运算后,应及时采取补救措施,把遗漏的补全,把增加的舍掉.
  例8 已知圆[O1:x2+y2=1],圆[O2:x2+y2-10x+9]=0都内切于动圆,试求动圆[M]的圆心的轨迹方程.
  错解 设动圆的圆心坐标为[Mx,y],半径为[r],由题意得,两圆的圆心坐标、半径分别为[O1(0,0),O2(5,0)],[r1=1,r2=4],且有[r=O1M+1,r=O2M+4].
  不难得到,[O1M-O2M=3].
  即[x2+y2-(x-5)2+y2=3],
  化简得,[16x2-80x-9y2+64=0].
  即[(x-52)294-y24=1]为所求动圆圆心的轨迹方程.
  分析 错解中将[O1M-O2M=3]看成[O1M-O2M=3],把动圆圆心的轨迹错误地认为是整条双曲线,这是对双曲线定义的理解不清导致的.
  正解 事实上,[O1M-O2M=3]只能表示其双曲线右支,即所求的方程中应增加[x≥4].
  点拨 在解析几何中,与直线或与圆相切(内切,外切)而引起的軌迹问题,经常可以用圆锥曲线的定义直接解题,但需注意正确运用,防止出现遗漏或增加.
  例9 在[Rt△ABC]中,[∠CAB=90°],[AB=2,AC=][22],点[D]是线段[AB]的垂直平分线上的一点,且点[D]到线段[AB]的距离为2,过点[C]的曲线[E]上任意一点[P]满足[|PA|+|PB|]为常数.
  (1)建立适当的坐标系,并求出曲线[E]的方程.
  (2)过点[D]的直线[l]与曲线[E]相交于不同的两点[M,N],且点[M]在[D,N]之间,若[DM=λDN],求[λ]的取值范围.
  正解 (1)[x22+y2=1](过程略).
  (2)①当[l]与[y]轴重合时,
  [DM=1,DN=3,λ=DMDN=13].
  ②当[l]与[y]轴不重合时,设过[D(0,2)]的直线[MN]的方程为:[y=kx+2.]
  由[y=kx+2,x22+y2=1]得,[(1+2k2)x2+8kx+6=0.](易错点)
  [∴x1+x2=-8k1+2k2],[x1x2=61+2k2>0],
  [Δ=64k2-24(1+2k2)>0.](易漏点)
  ∴[k2>32],即[k<-62],或[k>62.](暂不必细求,视后面情况而定——盲目点)
  又由[DM=λDN]得,[λ=x1x2.](如何变为求[λ]的范围——难点)
  [λ+1λ=x1x2+x2x1=(x1+x2)2x1x2-2]
  [=20k2-63(1+2k2)=103-163(1+2k2).](易错点)
  ∴[2<λ+1λ<103],∴[13<λ<3].
  ∵[0<λ<1,](易漏点)∴[13<λ<1].
  综上所述,[13≤λ<1.](易忘点)
  点拨 在解答这一类解析几何题时,发现其思路大致成了一些固定的模式,如“点差法”“相关点法”“韦达定理法”等,但看似会处理的问题往往得分不尽人意,需要在类似上题解答中的一些易错、易漏点上引起警惕,并应避免因盲目计算而浪费宝贵的时间,避免在会做的题上失分.
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