利用定点巧解圆锥曲线问题

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  有些动曲线恒过定点,解题时若能抓住这个“小不点”,从定点入手,把定点作为寻找思路的切入点和突破口,往往可起到“点”到路开,曲径通幽,成功解题之功效。下面笔者通过例题介绍曲线过定点在解题中的应用。
  
  一、求参数的取值范围
  
  例1:已知直线y=kx-1与椭圆 + =1恒有公共点,求实数m的取值范围。
  分析:若联立方程组消去x得到一元二次方程,再用△≥0求出m的范围,这样运算量较大,过程较繁琐。若注意到直线y=kx-1恒过定点(0,-1)这一条件,问题就迎刃而解了。
  解:由方程知直线y=kx-1恒过定点(0,-1),要使直线与椭圆恒有公共点,则点(0,-1)必在椭圆内或在椭圆上。故有 + ≤1,所以m≥1,又因为 + =1表示椭圆,所以m>0且m≠3。故所求实数m的取值范围是[1,3)∪(3,+∞)。
  
  二、证明有关问题
  
  例2:已知⊙C:(x-1) +(y-2) =25,直线l:(2m+1)x+(m+1)y-7m-4=0(m∈R),
  (1)求證:不论m取什么实数,直线l与圆恒交于两点。
  (2)求直线l被⊙C截得的线段的最短长度以及这时直线l的方程。
  分析:证直线与圆恒相交,若用方程组有解,消去y得x的方程,再证明这个方程的二次项系数不为0,且△>0,显然运算量较大,难将解法进行到底。若证圆心到直线的距离恒小于半径,虽运算量小些,但对第二问没什么帮助。若注意到含参数m的直线一定过定点这一事实,又能听出不论m取什么实数,直线l与圆恒交于两点的“弦外之音”,那么只需证明这个定点在圆内即可。
  解:(1)将直线l的方程按m整理,
  
  ∴ 对任意实数m,直线l恒过定点P(3,1),又圆心C的坐标为(1,2),r=5
  
  ∴对任意实数m,直线l与圆恒交于两点。
  (2)当直线l⊥CP时,直线l被⊙C截得的线段AB最短。
  
  ∴直线l的斜率为2
  ∴直线l的方程为:y-1=2(x-3),即2x-y-5=0。
  
  三、求离心率
  
  例3:椭圆 + =1(a>b>0)上的一点P,使∠OPA=90°,O为坐标原点,A为右顶点,则椭圆的离心率的取值范围是()。
  
  解:∵∠OPA=90°,∴点P在以OA为直径的圆上。
  圆的方程为:x-+y = ,即x +y -ax=0①,
  又点P在椭圆上
  ∴ + =1②,
  由①、②消去y,得 c x -a x+a b =0
  此方程有两个实根,它们分别是圆与椭圆交点A、P的横坐标x ,x ,又x =a,由根与系数关系得ax = ,
  
  点评:注意到一元二次方程c x-ax+ab=0的两个根就是A、P两点的横坐标x 、x ,而x =a,再由根与系数关系求x 是本解法的巧妙之所在。若用求根公式解运算量大,很难继续进行到底。
  
  四、求最值
  
  例4:设抛物线y =4x上不同于原点的两点A、B,满足 · =0,其中O为坐标原点。
  (1)在x轴上是否存在定点C,使得 =λ (λ为非零常数)。若存在求出C点坐标,若不存在,请说明理由。
  (2)求△AOB面积的最小值及此时直线AB的方程。(07湖北部分重点中学期中联考高二年级数学理第20题)
  解:(1)假设在x轴上存在定点C,使得 =λ ,即直线AB与x轴交于定点C。显然直线AB不能与x轴平行,设直线AB方程为:x=my+n,则n>0,代入y =4x得y -4my-4n=0,设A(x ,y ),B(x ,y ),
  
  ∴直线AB方程为:x=my+4。
  所以直线AB与x轴交于定点(4,0),故满足题目条件的点C的坐标为(4,0)。
  (2)设△AOB面积为S,则
  
  故此时直线AB方程为:x=4。
  点评:由(1)知直线AB过定点C,∴OC=4,故可将△OAB分成以OC为底的两个三角形的面积之和,得S=2(|y |+|y |),再用均值不等式及y y =-16可得最小值。
  从上数例可以看出,解题时若能充分利用曲线过定点这一已知条件,或者挖掘出曲线过定点这一隐藏条件,利用数形结合,揭示这一定点的几何意义和代数意义,洞察定点和问题之间的惟妙关系,则可达到快捷寻找解题思路,优化解题过程之功效。
  
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