解析几何中忽略隐含条件错因分析

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  所谓隐含条件,是指题中若暗若明、含而不露的条件.一般来说,它们常巧妙地隐蔽在题设或结论的背后,不易为人们所觉察.在数学解题中,隐含条件具有干扰性、迷惑性,常给解题带来消极因素.若能注意到题中隐含条件,往往会使解题结果更具有完整性、准确性.下面就解析几何中常见的忽略隐含条件导致的错误进行分析,并给出对策.
  1.忽略曲线方程点的坐标取值范围限制
  例1 若点P(x,y),满足3x2+2y2=6x,试求x2+y2的取值范围.
  错解 由已知得y2= 1 2 (-3x2+6x)
  ∴x2+y2=- 1 2 (x-3)2+ 9 2
  故当x=3时,x2+y2的最大值为 9 2 ,即x2+y2≤ 9 2 .
  评注 本题解法忽略了点P(x,y)在曲线3x2+2y2=6x上,则点的坐标取值范围受到限制.事实上,由已知2y2=-3x2+6x≥0,得到题设隐含条件为0≤x≤2.故当0≤x≤2时,x2+y2应在当x=2时,取得最大值为4,当x=0时,取得最小值为0.因此0≤x2+y2≤4.
  在圆锥曲线方程中,曲线方程点的坐标取值范围受到限制.由此题发现,在研究圆锥曲线方程最值问题时,应充分注意到对自变量的取值范围的研究,否则,将会发生错误.
  2.忽略直线的斜率不存在
  例2 已知双曲线(x-1)2-y2=1和圆x2+y2=1,直线l同时满足下列两个条件:
  (1)与双曲线交于不同两点;
  (2)与圆相切,且切点是直线与双曲线相交所得的弦的中点.求直线l的方程.
  错解 设直线l的方程为y=kx+b
  由直线l与圆相切得b2=1+k2 ①
  将y=kx+b代入双曲线方程得
  (1-k2)x2-2(kb+1)x-b2=0
  当k≠±1时,有Δ>0,这样直线与双曲线有两个交点,设其为A(x1,y1),B(x2,y2),AB中点为C(x0,y0),则x0= x1+x2 2 = kb+1 1-k2 ,y0=kx0+b= k+b 1-k2 .
  又C为圆的切点,从而( kb+1 1-k2 )2+( k+b 1-k2 )2=1 ②
  由①、②得
  k= 3 3 ,b=- 2 3 3 或k=- 3 3 ,b= 2 3 3 .
  所以,直线方程为:
  y= 3 3 x- 2 3 3 或y=- 3 3 x+ 2 3 3 .
  评注 设直线为y=kx+b隐含了斜率k存在,故应再讨论若k不存在时的情况.当斜率k不存在时,即直线l垂直于x轴时,此时,直线方程为:x=-1,显然x=-1符合条件.
  事实上,直线y=kx+b成立的条件是斜率k存在.若解题中,用到直线的斜截式时,往往应考虑斜率k不存在时的情形,否则,经常会产生漏解.
  3.忽略直线截距式方程中截距等于零
  例3 已知圆C:(x-2)2+y2=3,直线l与圆C相切并且在两条坐标轴上的截距相等,求直线l的方程.
  错解 设直线l在两条坐标轴上的截距分别为a、b,圆心C(2,0),半径r= 3 ,依题意知a=b,故设直线l的方程为x+y=a.
  ∵直线l与圆C相切,∴ |2-a| 2 = 3 ,∴a=2+ 6 或a=2- 6 .
  综上,直线l的方程为x+y=2+ 6 或x+y=2- 6 .
  评注 直线截距式方程成立的条件是截距存在且不等于0.此解法忽略了对a=b=0隐含条件的研究.事实上,当a=b=0时,设直线l的方程为y=kx.
  ∵直线l与圆C相切,∴ |2k| k2+1 = 3 ,解得k= 3 或k=- 3 .
  ∴直线l的方程为y= 3 x或y=- 3 x,因此,满足题意的方程为x+y=2+ 6 或x+y=2- 6 或y= 3 x或y=- 3 x.
  事实上,在研究直线截距式方程时,应注意到截距是否等于0.若不注意到这一问题,可能漏解.
  4.忽略直线和圆锥曲线相交的条件
  例4 给定双曲线x2- y2 2 =1,过点B(1,1)能否做直线m,使m与所给双曲线交于两点Q1、Q2,且点B是线段Q1Q2的中点?这样的直线如果存在,求出它的方程,如果不存在,说明理由.
  错解 设所求的直线为y-1=k(x-1),即y=kx+1-k.
  代入到2x2-y2-2=0中,得
  (2-k2)x2-2k(1-k)x-k2+2k-3=0
  设Q1(x1,y1)、Q2(x2,y2),则x1、x2是方程的两根,故2-k2≠0时, x1+x2 2 = k(1-k) 2-k2 =1,解得k=2.故存在直线y-1=2(x-1),即y=2x-1.
  评注 此解法忽略了两个隐含条件的研究,其一,设直线为y-1=k(x-1),隐含了斜率k存在,故应再讨论若k不存在时的情况,当k不存在时显然不满足条件;其二,直线与双曲线x2- y2 2 =1交于两点Q1、Q2时,必满足Δ>0,但当k=2时,Δ=4k2(1-k)2-4(2-k2)(-k2+2k-3)<0,故k不存在.
  因此,正确答案应是:满足题意的直线不存在.
  5.忽略曲线和曲线相交的条件
  例5 已知圆(x-2)2+y2=1与抛物线y2=2px(p>0)有公共点,求p的取值范围.
  错解 由 (x-2)2+y2=1y2=2px 得x2+(2p-4)x+3=0 ①
  圆(x-2)2+y2=1与抛物线y2=2px(p>0)有公共点,方程①应存在实数根,由此得Δ≥0,即Δ=(2p-4)2-12≥0,又考虑到p>0,解得00)当1≤x≤3时,有公共点存在.这是因为圆和抛物线的公共点应在圆(x-2)2+y2=1上,公共点的横坐标应满足(x-2)2≤1,即1≤x≤3,这个隐蔽条件对p的取值范围有影响.正确的解法应如下:
  设f(x)=x2+(2p-4)x+3,由 p>0Δ=(2p-4)2-12≥01≤ 4-2p 2 ≤3f(1)≥0f(3)≥0
  解得0  6.忽略图形位置特征
  例6 △ABC中,固定底边BC,移动顶点A,设|BC|=a,当sinC-sinB= 1 2 sinA时,求点A的轨迹方程.
  错解 以BC所在直线为x轴,BC中点为原点O,建立直角坐标系.
  则B(- a 2 ,0),C( a 2 ,0),设A(x,y),∵sinC-sinB= 1 2 sinA,由正弦定理,得|AB|-|AC|= 1 2 a(定值).
  即点A的轨迹是以B、C为焦点,且焦距为a,实轴长为 a 2 ,从而虚轴长为 3 2 a的双曲线.
  故点A的轨迹方程为 x2 ( a 4 )2 - y2 ( 3 4 a)2 =1.
  评注 由|AB|-|AC|= 1 2 a(定值)就说明 点A的轨迹是以B、C为焦点,且焦距为a,实轴长为 a 2 ,从而虚轴长为 3 2 a的双曲线,这是错误的.应该说,点A的轨迹是双曲线的右支,因此,应加上条件x≥ a 4 .又考虑到点A、B、C不能共线,否则,不能构成三角形,故点A不能是( a 4 ,0),即x≠ a 4 .因此,正确的答案应是点A的轨迹方程为 x2 ( a 4 )2 - y2 ( 3 4 a)2 =1(x> a 4 ).
  事实上,在求轨迹问题时,应充分注意到图形的位置特征,注意到求轨迹的纯粹性,去掉不满足题意的点,否则,会产生多解.
  7.忽略恒等变形的等价性
  例7 已知双曲线 x2 a2 - y2 b2 =1(a>0,b>0),
  离心率e= 2 3 3 ,过A(0,-b),B(a,0)的直线与原点的距离为 3 2 ,求:
  (1)双曲线方程;
  (2)直线y=kx+m(k≠0,m≠0)与双曲线交于不同两点C,D,且C,D两点都在以A为圆心的同一个圆上,求m的取值范围.
  错解 (1)易求双曲线方程为 x2 3 - y2 1 =1.
  (2)将y=kx+m代入 x2 3 - y2 1 =1.
  得(1-3k2)x2-6kmx-3m2-3=0.
  设C(x1,y1),D(x2,y2)则x1,x2是方程的两根,
  ∴x1+x2= 6km 1-3k2 过A做AE⊥CD于E,依题意C,D两点都在以A为圆心的同一个圆上,∴E为CD中点,即为直线CD与直线AE的交点.
  由 y=kx+my+1=- 1 k x 解得x=- (m+1)k k2+1 ②
  ∴- (m+1)k k2+1 = 3km 1-3k2 ,1-3k2=-4m ③
  又Δ=(6km)2+4(1-3k2)(3m2+3)>0,
  即12m2+12(-4m)>0,
  ∴m>4或m<0.
  评注 事实上,由1-3k2=-4m.即3k2=4m+1可知4m+1>0.
  由此可知,本题解法忽略了4m+1>0这一隐含条件,而这一隐含条件是隐蔽在解题过程中,往往被忽视.因此,在解题过程中应注意到变形过程必须是恒等变形,即要注意到变量的取值范围的限制.
  本题正确的答案应是m>4或- 1 4
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