巧用结论 简化解题

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  摘 要:新课程标准指出:高中数学教学以发展学生数学核心素养为导向,创设合适的教学情境,启发学生思考,引导学生把握数学内容的本质。高考作为高中教学效果的重要检验方式,随着教育改革深入,经历了从知识立意、能力立意到素养立意的发展过程。高考数学试卷知识量大,对学生的思维能力,运算能力都有较高的要求,学生普遍反映解题时间紧张。因此教师应引导学生根据已学,进一步探究数学内容的本质以形成结论并应用于解题,帮助学生简化思维过程,减少运算步骤,提高解题的时效性。能否探索结论并应用于简化解题,本质上也反映了学生思维能力的差异,近年高考试题命制也常有这方面的体现。本文就以圆锥曲线这部分为例,谈谈常用结论在高考解题中的应用。
  关键词:高考解题;结论应用;圆锥曲线
  在新课标全国Ⅰ卷中解析几何(不含选做)部分的考察结构基本稳定,都是一道解答题加两道选填题。解答题以椭圆或抛物线为主体,选填题基本是另两种曲线的考查,一般一题较易,另一题则会对考生能力有明显区分。在选填题部分,椭圆、双曲线的离心率问题、双曲线的渐近线问题及抛物线的焦半径问题是考查的重点。
  圆锥曲线深入探究,可形成非常多的结论,而高考在椭圆与双曲线选填题的命制中,以下结论的应用尤其常见。教师应引导学生加以拓展探究,并强化结论用于解题的训练,提高解题的速度及正确率。
  设椭圆方程为:x2a2 y2b2=1(a>b>0),双曲线方程为:x2a2-y2b2=1(a>0,b>0)。
  设F1、F2为椭圆(双曲线)两个焦点,P是椭圆(双曲线)上一点,记θ=∠F1PF2。
  结论1:双曲线焦点到渐近线的距离=虚半轴长b。
  结论2:①椭圆:e=ca=1-b2a2∈(0,1),②双曲线:e=ca=1 b2a2∈(1, ∞)。
  结论3:①椭圆:焦半径最小值为a-c,最大值为a c;
  ②双曲线:同侧焦半径最小值为c-a,异侧焦半径最小值为c a。
  结论4:①椭圆焦点弦中以通径最短;②两端点在同一支的双曲线焦点弦中以通径最短。
  通径长均为2b2a。
  结论5:椭圆中①cosθ≥1-2e2,当且仅当P为短轴端点时取“=”,此时θ最大。
  ②设A、B是椭圆长轴两端点,当且仅当P为短轴端点时,∠APB最大。
  结论6:①椭圆:SΔPF1F2=12|PF1|·|PF2|sinθ=b2tanθ2≤bc,当且仅当P为短轴端点时取“=”。
  ②双曲线:SΔPF1F2=12|PF1|·|PF2|sinθ=b2cotθ2。
  结论7:设AB为椭圆(双曲线)的一条弦,弦中点M(x0,y0),当AB不垂直于对称轴时,则有:
  ①椭圆:kAB·kOM=-b2a2;②雙曲线:kAB·kOM=b2a2。
  结论8:若A、B是椭圆上关于原点对称的两点,M是椭圆上异于A、B的一点,设MA、MB的斜率分别为k1、k2,则有:①椭圆:k1k2=-b2a2;②双曲线:k1k2=b2a2。
  注:当椭圆与双曲线的焦点在y轴时,结论需相应改变。
  下面给出以上结论的应用以供参考:
  例1:(2014全国Ⅰ理4)设F是双曲线C:x2-my2=3m(m>0)的一个焦点,则F到C的一条渐近线的距离为
  简析:由结论1,可得焦点到准线距离等于b=3。
  例2:已知椭圆的两个焦点分别为F1、F2,若椭圆C上存在点P,使得线段PF1的中垂线恰好经过焦点F2,则椭圆C的离心率的取值范围是
  简析:PF2=F1F2=2c。由结论3①,PF2=2c∈a-c,a c故e=ca∈[13,1]。
  例3:已知椭圆x24 y2b2=1(0  简析:由AF2 BF2 AB=4a=8及(AF2 BF2)max=5,可得ABmin=3,
  由结论4①可得ABmin=2b2a=b2=3 b=3。
  例4:(2017年全国1文12)设A、B是椭圆C:x23 y2m=1长轴两端点。若C上存在点M满足∠AMB=120°,则实数m的取值范围为( )
  A. (0,1]∪[9, ∞)
  B. (0,3]∪[9, ∞)
  C. (0,1]∪[4, ∞)
  D. (0,3]∪[4, ∞)
  简析:选A。由结论5②,知当M为短轴端点时,AMB最大,此时∠AMB≥120°,
  故∠OMB≥60°,tan∠OMB=ab≥3,∴a2≥3b2。
  当03,a2=m,b2=3,得m≥9;
  例5:(2018泉州质检理)已知点P是双曲线x2a2-y2b2=1(a>0,b>0)与圆x2 y2=a2 b2的一个交点,若点P到x轴的距离为a,则双曲线的离心率为
  简析:不妨设点P在第一象限,由c2=a2 b2得圆半径为c,由已知可得P(b,a)。
  设双曲线两焦点为F1、F2,则SΔPF1F2=ac。由结论6②得SΔPF1F2=b2cot45°=b2 b2=ac,即,c2-a2=ac,又e=ca>1,∴e=1 52。
  例6:(2014江西)过点M(1,1)作斜率为-12的直线与椭圆C:x2a2 y2b2=1(a>b>0)相交于A、B两点,若M是线段AB的中点,则椭圆C的离心率等于
  简析:由结论7①得:kOMkAB=-b2a2=-12,由结论2①得:e2=1-b2a2=12,e=22。   例7:(2016龙岩质检)设A、B是双曲线x2a2-y2b2=1(a>0,b>0)的左、右顶点,P是双曲线右支上位于第一象限的动点,设PA、PB的斜率分别为k1、k2,则k1 k2的取值范围为
  简析:由结论8②得k1k2=b2a2,且k1>0,k2>0,k1≠k2,则k1 k2>2k1k2=2ba。
  高考对抛物线的考查基本会涉及抛物线的焦半径或焦点弦长问题,若能应用相关结论,可实现快速解题。以下为抛物线中常用的结论:
  以抛物线C:y2=2px(p>0)为例,注意:抛物线开口方向不同,结论需相应改变。
  设F是C的焦点,A、B是C上两点,设直线AB的倾斜角为α,A(x1y1)、B(x2,y2)。
  结论1:当直线AB过焦点时,有:
  ①AF=x1 p2,|AB|=x1 x2 p。
  ②设点A在x轴上方,则|AF|=p1-cosα,|BF|=p1 cosα。
  ③|AB|=2psin2α≥2p,当且仅当AB垂直于对称轴即AB为通径时取“=”。
  ④SΔAOB=p22sinα。
  ⑤x1·x2=p24;y1·y2=-p2。
  ⑥以AB为直径的圆与准线相切;
  ⑦以AF或BF为直径的圆与y轴相切。
  结论2:设AB中点M(x0,y0),当AB不垂直于x轴时,kAB=py0。
  下面给出以上部分结论的应用举例以供参考:
  例1:(2014年新课标1理10)已知抛物线C:y2=8x的焦点为F,准线为l,P是l上一点,Q是直线PF与C的一个交点,若FP=4FQ,则QF=( )。
  A. 72
  B. 3
  C. 52
  D. 2
  简析:不妨设点P在x轴下方,则由FP=4FQ,得點Q在线段FQ上,PQ=3QF。
  过点Q作QH垂直l,垂足为H,则QH=QF。设直线PF的倾斜角为α,
  则直角△PHQ中,cosα=cos∠HQP=13。由结论1②得QF=41 cosα=3。
  例2:(2017全国Ⅰ理10)已知F为抛物线C:y2=4x的焦点,过F作两条互相垂直的直线l1、l2,直线l1与C交于A、B两点,直线l2与C交于D、E两点,则|AB| |DE|的最小值为( )
  A. 16 B. 14 C. 12 D. 10
  简析:选A。设直线l1、l2倾斜角分别为α、α π2,由结论1③得AB DE=4sin2α 4sin2(α π2)=4sin2αcos2α=16sin22α≥16。
  例3:(2014全国Ⅱ理10改编)设F为抛物线C:y2=6x的焦点,过F且倾斜角为30°的直线交C于A、B两点,O为坐标原点,则ΔOAB的面积为
  简析:由结论1④,可得△OAB的面积为322sin30°=9。
  例4:(2018年全国Ⅲ理16)已知点M(-1,1)和抛物线C:y2=4x,过C的焦点且斜率为k的直线与C交于A、B两点。若∠AMB=90°,则k=
  简析:设AB中点N(x0,y0),点M在以AB为直径的圆N上。由结论1⑥得:
  圆N与l切于点M,则MN∥x轴,∴y0=1。由结论2,得k=py0=21=2。
  全国新课标Ⅰ卷突出对通性通法的考查,但试题命制却也注重能够多视角、多维度、多层次地考查学生的数学思维品质,考查学生对数学本质的理解及学生的数学素养和学习潜能。而善于总结结论,并应用于简化解题,这就是学生数学素养和学习潜力的一种反映。教师在教学中应注意引领学生对各知识板块进行力所能及的探究,并应用结论帮助解题。这既可以激发学生解题兴趣,又能开拓学生思维,提升学生数学能力。
  作者简介:
  曾雪英,福建省泉州市,福建省泉州第一中学。
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