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有些代数或三角问题,若能根据已知式的结构,挖掘出它的几何背景,通过构造圆锥曲线模型,化数为形,利用数学模型的直观性,简捷地求得问题的解.
一、构造“椭圆模型”
例1解方程[x2+ 4x+8]+[x2-8x+20]=10.
解 将原方程配方,得
[(x + 2)2 + 4] +[(x - 4)2 + 4]=10.
令[y2=4],
即有[(x + 2)2 + y2] +[(x - 4)2 + y2]=10.
根据椭圆定义,它表示以(-2,0)、(4,0)为焦点,长、短半轴分别为5、4的椭圆[(x - 1)225]+[y216]=1,
将[y2=4]代入椭圆方程中,解得[x=1±532].
经检验,[x=1±532]均是原方程的解.
例2已知[cos4α sin2β]+[sin4α cos2β ]=1,求证:[α]+[β]=[π2].
证明 由已知点[A(cos2α,sin2α)]、[B(sin2β,][cos2β)]都在椭圆[x2 sin2β]+[y2 cos2β =1]上,过点[B]的切线方程为[x+y=1],而点[A]又在此切点上,由切点的唯一性知,点[A]与点[B]重合.
∴[cos2α=sin2β]且[sin2α=cos2β],
∴cos[α]=sin[β]=cos([π2]-[β]),
又 [α、][π2]-[β]∈(0,[π2]),
∴[α]=[π2]-[β],即[α+β=π2].
二、构造“双曲线模型”
例3解不等式 [|x-5|-|x+3|<6].
解 取[y2=0],则原不等式可化为[(x - 5)2+ y2][-(x + 3)2 + y2]<6.
据双曲线知识,该不等式表示以(-3,0)和(5,0)为焦点,实、虚半轴分别为3、[7]的双曲线[(x - 1)29]-[y27]=1的左支“外部”.
令[y2=0],得顶点为(-2,0)、(4,0),取左支外部.
∴原不等式的解集为[{x|x>-2}].
例4已知[sec4α sec2β]-[tan4α tan2β =1],求证:[sec4β sec2α]-[tan4β tan2α =1].
证明 由已知点[A](sec2[α], tan2[α])、[B](sec2[β],tan2[β])都在双曲线[x2 sec2β]-[y2 tan2β ]=1上,过点[B]的切线方程为[x-y=1],而点[A]也在此切点上,由切点的唯一性知 ,点[A]与点[B]重合.
∴sec2[α]=sec2[β],且tan2[α]=tan2[β],
∴[sec4β sec2α]-[tan4β tan2α =]sec2[β]-tan2[β=1].
一、构造“椭圆模型”
例1解方程[x2+ 4x+8]+[x2-8x+20]=10.
解 将原方程配方,得
[(x + 2)2 + 4] +[(x - 4)2 + 4]=10.
令[y2=4],
即有[(x + 2)2 + y2] +[(x - 4)2 + y2]=10.
根据椭圆定义,它表示以(-2,0)、(4,0)为焦点,长、短半轴分别为5、4的椭圆[(x - 1)225]+[y216]=1,
将[y2=4]代入椭圆方程中,解得[x=1±532].
经检验,[x=1±532]均是原方程的解.
例2已知[cos4α sin2β]+[sin4α cos2β ]=1,求证:[α]+[β]=[π2].
证明 由已知点[A(cos2α,sin2α)]、[B(sin2β,][cos2β)]都在椭圆[x2 sin2β]+[y2 cos2β =1]上,过点[B]的切线方程为[x+y=1],而点[A]又在此切点上,由切点的唯一性知,点[A]与点[B]重合.
∴[cos2α=sin2β]且[sin2α=cos2β],
∴cos[α]=sin[β]=cos([π2]-[β]),
又 [α、][π2]-[β]∈(0,[π2]),
∴[α]=[π2]-[β],即[α+β=π2].
二、构造“双曲线模型”
例3解不等式 [|x-5|-|x+3|<6].
解 取[y2=0],则原不等式可化为[(x - 5)2+ y2][-(x + 3)2 + y2]<6.
据双曲线知识,该不等式表示以(-3,0)和(5,0)为焦点,实、虚半轴分别为3、[7]的双曲线[(x - 1)29]-[y27]=1的左支“外部”.
令[y2=0],得顶点为(-2,0)、(4,0),取左支外部.
∴原不等式的解集为[{x|x>-2}].
例4已知[sec4α sec2β]-[tan4α tan2β =1],求证:[sec4β sec2α]-[tan4β tan2α =1].
证明 由已知点[A](sec2[α], tan2[α])、[B](sec2[β],tan2[β])都在双曲线[x2 sec2β]-[y2 tan2β ]=1上,过点[B]的切线方程为[x-y=1],而点[A]也在此切点上,由切点的唯一性知 ,点[A]与点[B]重合.
∴sec2[α]=sec2[β],且tan2[α]=tan2[β],
∴[sec4β sec2α]-[tan4β tan2α =]sec2[β]-tan2[β=1].