对2013年江西高考文科数学试卷第20题的探究

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  [摘 要] 解析几何是高中数学的一个重要模块,其核心内容是直线与圆锥曲线.在考查学生基础、能力、素质、潜能的考试目标指导下,每年高考数学对解析几何的考查都占较大的比例.而最值、范围、定点、定值问题是其考查的主要内容,2013年江西高考文科数学试卷第20题就很好地体现了这一点.
  [关键词] 高考 圆锥曲线 解题 探究
  [中图分类号] G633.6 [文献标识码] A [文章编号] 1674 6058(2016)17 0048
  笔者通过对2013江西高考文科数学试题的研究,发现第20题所要证明的结论对椭圆来说具有一般性,为方便讨论,引原题如下:
  椭圆C: x2 a2 y2 b2 =1(a>b>0)
  的离心率e= 3 2 ,a b=3.
  (Ⅰ)求椭圆C的方程;
  (Ⅱ)如右图,A和B是椭圆C的长轴顶点,D是短轴顶点,P是椭圆C上除顶点外的任意点,直线DP交x轴于点N,直线AD交BP于点M,设BP的斜率为k,MN的斜率为m,证明2m-k为定值.
  解答:
  略.
  笔者关心的是,如果把“e= 3 2 ,a b=3”这两个条件省略,即对于一般的椭圆 x2 a2 y2 b2 =1(a>b>0)
  ,(Ⅱ)中的结论还能成立吗?笔者的回答是肯定的,证明如下:
  设直线lBP:y=k(x-a)(由题意可知k≠0,± b a ),易知lAD:y= b a x b,联立lBP和lAD的方程,可求得M( a2k ab ak-b , 2abk ak-b )
  ,将lBP的方程代入椭圆方程 x2 a2 y2 b2 =1
  中,可得P( a3k2 ab2 a2k2 b2 , -2ab2k a2k2 b2 )
  .设N(t,0),易知D(0,b).由D,P,N三点共线可知: 0-b t-0 =
  -2ab2k a2k2 b2 -b
  a3k2 ab2 a2k2 b2 -0
  .解之可得N( a3k2-ab2 a2k2 2abk b2 ,0),从而
  kmn= a2k2 2abk b2 2a2k 2ab
  ,所以2m-k= a2k2 2abk b2 a2k ab -k=
  abk b2 a2k ab =
  b a
  (定值).
  于是得到:
  结论1 椭圆C: x2 a2 y2 b2 =1(a>b>0)
  ,A和B是椭圆C的长轴顶点,D是短轴顶点,P是椭圆C上除顶点外的任意点,直线DP交x轴于点N,直线AD交BP于点M,设BP的斜率为k,MN的斜率为m,则2m-k为定值.
  特别地,当a=2,b=1时,就是2013年江西高考文科数学试卷第20题.
  这个结论对椭圆来说,具有一般性,那是否同样适用于双曲线呢?带着这个疑问,笔者作了如下探索:
  设直线lBP:y=k(x-a)(由题意可知k≠0),易知lAD:y= b a x b,联立lBP和lAD的方程,可求得M( a2k ab ak-b , 2abk ak-b )
  ,将lBP的方程代入双曲线方程 x2 a2 - y2 b2 =1
  中,可得P( a3k2 ab2 a2k2-b2 , 2ab2k a2k2-b2 )
  .
  设N(t,0),易知D(0,b).由D,P,N三点共线可知: 0-b t-0 =
  2ab2k a2k2-b2 -b
  a3k2 ab2 a2k2-b2 -0
  .解之可得N( a3k2 ab2 a2k2-2abk-b2 ,0),从而kmn=
  -a2k2 2abk b2 2ab
  ,而此时2m-k=
  -a2k2 2abk b2 ab -k=
  -a2k2 abk b2 ab
  ,显然不再是一个定值.
  由此可知,椭圆的这个一般性结论不能够推广到双曲线中,至于是否可以推广到抛物线中,请感兴趣的读者自己验证.值得一提的是,虽然对双曲线来说,2m-k不是定值,但易得m-k a 2b k2
  为定值,证明略.
  于是得到:
  结论2 双曲线方程C: x2 a2 - y2 b2 =1(a>0,b>0)
  ,A和B是双曲线C的实轴顶点,D是虚轴顶点,P是双曲线C上除顶点外的任意点,直线DP交x轴于点N,直线AD交BP于点M,设BP的斜率为k,MN的斜率为m,则m-k a 2b k2为定值.
  (责任编辑 钟伟芳)
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