“求轨迹方程”教学实录与反思

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  【教学目标】1.掌握求轨迹方程的三种基本方法.
  2. 引导学生针对具体情况探究合适求轨迹方程的方法.
  3. 培养学生的观察能力和自主学习的能力.
  【教学重点】掌握求轨迹方程的三种基本方法
  【教学难点】引导学生针对具体情况探究合适的方法
  【教学过程】
  一、 引入
  师:前面我们学习了曲线与方程,那么如何来求曲线的方程,即寻找曲线上任意一点P(x,y)的横坐标x和纵坐标y所满足的关系式呢?这就是我们今天要学习的内容:求轨迹方程.(引入简洁明了,迅速将学生的思维引入学习的主要内容.)
  二、 讲授新课
  师:我们先看这样一个例子(投影):
  例1已知动点P到A(-1,0),B(1,0)的距离之比为1∶2,求动点P的轨迹方程,并说明它是什么曲线.
  师:我们大家一起来分析一下这道题.要求动点P的轨迹方程,就是要求……
  众生回答:求P的横坐标和纵坐标所满足的关系式.
  师:对了!因此,如果大家遇到要求某个动点P的轨迹方程的问题时,第一步是将动点P设为P(x,y),接下来的我们的任务是探究x、y之间所满足的关系式.就本题而言,我们只要把题目转化成数学语言,根据条件直接寻求动点坐标所满足的关系式.(板书)设动点P(x,y),由题意:PAPB=12,即(x+1)2+y2(x-1)2+y2=12
  下面请大家把这个式子化简一下,并告诉我动点P的轨迹是什么曲线
  生1:3x2+3y2+10x+3=0,是一个圆.
  师:对,它是一个圆.圆是怎样定义的?
  生2:到定点的距离等于定长的点的轨迹.
  师:对,那么根据这道题,大家能不能归纳出新的定义圆的方法呢?(学生思考片刻)
  生3:是不是“到两个定点的距离之比为定值的点的轨迹”?
  师:如何证明?
  众生迷惑:怎么证明啊?坐标都没有啊……
  师:对啊,那就自己建立坐标系.这边又有一个需要大家注意的地方,就是如何建立合适的直角坐标系求动点的轨迹方程.如果我们只是简单的设动点P(x,y),定点A(a,b),B(c,d),势必会导致运算繁杂,给求解造成很大困难.那么本题中,我们该如何来设两个定点的坐标呢?
  生4:把它们放到x轴上,即A(a,0),B(b,0).
  师:能否更简单?
  生5:那就让点A是原点好了.
  师:很好!这样在运算时就又少一个字母了!
  (板书)由题意,建议如图所示坐标系:设动点P(x,y),A(0,0),B(b,0),PAPB=λ(λ>0),即x2+y2(x-b)2+y2=λ.
  师:下面请大家把这个式子化简一下.
  生6:(λ2-1)x2+(λ2-1)y2-2bλ2x+λ2b2=0.
  师:是一个圆吗?
  生6:当λ2≠1,即λ≠1时是的.λ=1时是一条直线.
  师:怎样的一条直线?
  生6:线段AB的中垂线.
  台下同学不断点头,众生恍然大悟.
  师:λ2≠1时也不一定是圆啊.我们在圆的一般方程x2+y2+Dx+Ey+F=0中知道,需有D2+E2-4F>0,我们来检查一下:D2+E2-4F=4b2λ2(λ2-1)>0,确实是一个圆.因此,圆的定义可以是……
  众生齐答:到两个定点的距离之比为定值λ(λ≠1)的点的轨迹.
  师:很好.同时,我们要注意建立合适的直角坐标系可以使运算简单.这样一种求动点P的轨迹的方法我们叫直接法.
  (板书)直接法:根据条件直接寻求动点坐标所满足的关系式.
  (利用“由特殊到一般”的手法创设情境,激起学生的求知欲望.针对教学内容的特点,结合学生的实际,选择问题切入点,通过从具体到抽象,从感性到理性的认知活动,不仅加深对定义的理解,更有利于提高学生的发散性思维能力.)
  师:下面大家来看这样一道例题(投影):
  例2已知动点P到点A(0,1)比到直线y=-2少1,求点P的轨迹.
  生7:设动点P(x,y),则x2+(y-1)2=|y+2|-1.接下来化简比较麻烦……
  师:你们可以自己画张草图,再想想如何化简比较简单.
  (学生画草图)
  生7:由题意,点P在直线y=-2上方,所以绝对值可以去掉.化简为:x2=4y.
  师:请注意,要求的是点P的轨迹,“轨迹”是一个几何概念.
  生7:x2=4y是轨迹方程,故点P的轨迹是以(0,1)为焦点,开口向上的抛物线.
  师:对.大家要注意到,轨迹方程是一个代数概念,就是动点的横纵坐标所满足的关系式;而轨迹是一个几何概念,是指动点运动所形成的曲线类型.本题中,点P的轨迹是一条抛物线,轨迹方程为x2=4y.抛物线的定义是什么?
  众生回答:到定点的距离与到定直线的距离相等的点的轨迹.
  师:那么大家能否从抛物线的定义入手,对本题进行解答?
  生8:由题意,动点P到点A(0,1)与到直线y=-1相等,故点P的轨迹是以(0,1)为焦点,开口向上的抛物线.轨迹方程为x2=4y.
  师:很好!在求轨迹的过程中,我们可以根据已知的曲线类型来归纳出动点生成的轨迹,这种求动点轨迹方程的方法叫做定义法.本题中,我们用定义法直接求出点P的轨迹方程及轨迹,避免了用直接法需运算及去绝对值的技巧.在高中阶段,我们涉及到的曲线定义有圆的定义,前面已经涉及;有椭圆、双曲线的第一定义;有圆锥曲线的统一定义等,大家在做题时要观察题设条件,注意能否运用定义法来求轨迹方程,往往可以避免运算和讨论.
  (先让学生用已知的“直接法”来求轨迹方程,求解过程引导学生通过画草图,数形结合可以巧妙避免繁杂运算,体现了解析几何中数形结合思想的重要性.同时本题依旧引新,用学过的知识来探究新问题,激发学生学习的积极性,驱动学生思维的自觉性和主动性.同时在探究过程中,注重以学生为主体,教师适当引导,使问题层层深入,最终得到解决.)
  下面我们来练习一道题目(投影):
  练习1:已知动圆M与G1∶x2+y2+4x=0外切,且与C2∶x2+y2-4x-60=0内切,求动圆圆心M的轨迹方程.
  师:这道题用直接法很难求,但是通过化简圆方程,我们发现,⊙C1和⊙C2的圆心正好是(-2,0)和(2,0),这让我们联想到什么?
  生9:椭圆或双曲线的两个焦点.
  师:对!很有可能是椭圆或双曲线,那么我们的目标就是MC1+MC2=定值或|MC1-MC2|=定值,如何来表示MC1和MC2?
  生9:两圆外切,连心线等于半径之和;两圆内切,连心线等于半径之差.故MC1=r+2,MC2=8-r.
  师:相加还是相减?
  众生答:相加!
  师:请生9把解题过程说一下,我来板演.
  生9:⊙C1∶(x+2)2+y2=4;⊙C1∶(x-2)2+y2=64,设动圆M的半径为r,根据图形可知,MC1=r+2,MC2=8-r,故MC1+MC2=10,故点M的轨迹是以(±2,0)为焦点,长半轴长为5的椭圆,方程为:x225+y221=1.
  师:若出现MC1-MC2=定值,轨迹是什么?
  众生答:双曲线!
  师:再想想,双曲线的定义是什么?是双曲线的两支吗?
  生10:是双曲线的一支,因为MC1-MC2没有加绝对值.
  师:很好,以后我们在解题中要注意思维严密性,不要粗心大意.但是一定是双曲线的一支吗?
  众生:……
  师:回想一下双曲线的完整定义!
  生10:我知道了!双曲线的定义是到两个定点的距离之差的绝对值为定值(小于两点间距离)的点的轨迹,因此MC1-MC2=定值,若定值小于C1C2,则M点的轨迹是双曲线的一支,若定值等于C1C2,则M点的轨迹是一条射线,若定值大于C1C2,则M点的轨迹是空集.
  师:很好,我们在用椭圆或双曲线的第一定义做题时,一定要注意定值和两点间距离的大小关系,注意定义的完整性,这体现我们思维的完备性.
  (补充“若出现MC1-MC2=定值,求M点的轨迹”需要分三种情况讨论时十分必要的,此例考查基础知识,易为学生所接受,而且有利于防止学生在解题过程中思考的片面性,加强学生对概念的理解,提升学生思维的完备性.)
  师:下面我们介绍求轨迹方程的第三种方法:相关点法.
  (投影)
  例3已知⊙C∶(x-1)2+y2=1,过原点O做圆的任意弦,求所作弦的中点的轨迹方程.
  师:设弦OA的中点为P(x,y),我们发现,点P是随着点A在动,我们称点A是点P的相关点.而点A在已知曲线上,因此只要找到点p坐标P(x,y)和点A坐标A(x0,y0)之间的数量关系即可.哪位同学能告诉我它们之间所满足的关系式?(此处略作停顿,引导学生思考.)
  生11:根据中点定义,有x=x02
  y=y02.
  师:x0,y0之间有什么关系?
  生11:(x0-1)2+y20=1.
  师:因此,x,y之间满足什么关系?
  生11:由x=x02
  y=y02,可得x0=2x
  y0=2y,由于(x0-1)2+y20=1,故(2x-1)2+(2y)2=1.
  师:这位同学求轨迹的方法就叫相关点法,即探求所求动点及其相关点的横纵坐标满足的关系式,然后代入该相关点满足的曲线方程,即得动点的轨迹方程.相关点架起了一座求动点轨迹的桥梁,我们也把这种方法称为“点参法”.归纳起来如下:(板书)
  已知f(x0,y0)=0,而x0=f1(x,y)
  y0=f2(x,y),故f[f1(x,y),f2(x,y)]=0.
  (此处若采用讲述法进行教学,往往会陷入平铺直叙的状况,较难激起学生思考问题的积极性,不利于学生生动活泼的学习.在教师所创设的问题情境中,让学生成为探索的主体,引导学生自己找到所求点坐标与相关点坐标之间的关系,自己剖析问题,探索用“相关点法”求轨迹方程的思路和需要注意的地方.最后教师进行总结,有利于学生更好的掌握和消化新知识.)
  师:既然有“点参法”,那也应该有“数参法”,这道题用“数参法”如何来解决?
  众生迷惑.
  师:如果我们设OA的斜率为k,联立直线和圆的方程,能否得到x,y分别用k来表示?大家试一试?
  生12:设动弦OA的方程为y=kx,代入圆方程得:(x-1)2+(kx)2=1,即(1+k2)x2-2x=0,故x=x1+x22=11+k2,y=kx=k1+k2.
  师:很好,其实大家已经得到了动点P(x,y)的参数方程:x=11+k2
  y=k1+k2.要得到x,y之间的关系式.只需将k消掉.如何消去参数k?
  生12:两式相除得k=yx,代入x=11+k2,化简即得(2x-1)2+(2y)2=1.
  师:很好!下面我们也总结一下用“数参法”求轨迹方程的一般步骤.(板书)
  设定参数k,探究出x=f1(k)
  y=f2(k),消去k即可.
  (和“点参法”教学一样,学生在教师的引导下自己层层剖析,探索用“数参法”求轨迹方程的思路和需要注意的地方.问题在浓厚的探究气氛中解决.)
  师:以上我们用“点参法”和“数参法”分别求了弦OA的中点P的轨迹方程,它是一条什么曲线?
  众生:圆!
  师:请大家把它画出来.
  师:点P的轨迹可以是整个圆吗?
  生12:不行,要出去原点.因为弦的中点总是在圆内部.
  师:因此刚刚得出的轨迹方程需做何修改?
  生12:(2x-1)2+(2y)2=1(0<x≤1).
  师:对!我们在求轨迹方程时需注意是否需要去除哪些不符合条件的点.实际上,本题还可以用定义法来解决.我们连接AB,PC,可得PC∥AB,∵ ∠A=90°,∴ ∠P=90°,∴ 点P的轨迹是什么?
  众生回答:以OC为直径的圆!
  师:对了!我们可以直接写出轨迹方程x-122+y2=14,在注意去除原点即可.这和前面的结果是一致的.
  师:以上我讲了求轨迹方程的三种主要方法:直接法,定义法,参数法(点参法、数参法).大家在遇到相关问题时,要善于抓住题设的特征,选择合适的方法来解决问题.方法的恰当选择,可以简化运算,达到事半功倍的效果.
  (探索问题时,必须使学生能够从不同角度来考虑解决问题的途径,若只从单一角度,在同一个思维模式中展现其面貌就会造成思路固定、思域狭窄的毛病.因此在教学中利用一题多解来培养学生的多维性思维是非常重要的.)
  课后反思:
  1.本节课采用“探索法”设计教学.整节课“以学生为主体,教师为主导”,教师引导学生深入探究,得出求轨迹方程的三种基本方法.探索法以发展探究能力为目标,以学科的基本知识结构为内容,以知识结构为根据划分探索过程,把学生置于主体地位,在探索中建立自己特色的认知结构.教师在探索法教学中,要紧紧抓住“疑问”,把学生的思维引向深入.根据已知与未知、新知识与旧知识、现象与本质之间的联系来巧妙的存疑设问,激发学生情趣,促进思考.在探索中,教师要注重与学生的双边交流,力求把各种情景因素组织起来,达到最大限度发展思维的目的.本课的“疑问”环环相扣、步步深入,从而把用直接法、定义法、参数法等方法解决轨迹问题的思路逐步展开,使本节课的重点知识得到巩固.
  2.例题的精选是本节课的一个亮点.例题的选取应做到“新”(新颖,以激发兴趣);“广”(广思,以流通思维);“诱”(诱错,可分析解剖);“深”(深挖,可总结经验,加深理解).本节课的例1,选题新颖,入手简单,但通过教师的推广挖掘,又总结出了一般规律,同时在求解过程中还需注意特殊情况做到了“新、广、诱、深”.例2及其练习起到了巩固已学知识和“诱错”的作用.例3和例4尝试用不同方法求解,不但让学生可以“趁热打铁”,练习刚学的方法,同时发散了学生的思维,加深了学生的理解,既“广”又“深”.这样,通过讨论分析,学生的思维积极活跃,教师的启发及时得法,时间不知不觉的流逝,数学的美感却长流心头,以致回味无穷.
  3.本节课注重培养学生的能力.古人云,授之于鱼,不如授之于渔.本节课在数学教学中,着重分析范例,注重新旧知识的结合,不仅传授给学生求轨迹方程的方法,更重要的是通过诱导和剖析,引导学生正确思维,培养学生分析问题、解决问题的能力.
  
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