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圆锥曲线是解析几何中的重要内容之一,也是高考的热点和难点,其中的定值问题是常考的一类题型,题目通常要求根据条件证明所求结论不受任何变量的影响,恒为定值。此类题型综合性强、思维难度大、计算量大,同学们只有掌握相关的方法和技巧,才能顺利解题。本文尝试对圆锥曲线定值问题运算中的常用技巧做一些归纳整理,为这类题型的备考提供一个参考。
一、回归定义,灵活应用,化难为易
回归定义的实质是重新审视概念,并用相应的概念解决问题,圆锥曲线的定义既是有关圆锥曲线问题的出发点,又是新知识、新思维的生长点。若能根据已知条件,巧妙灵活应用定义,往往能收到化难为易、化繁为简、事半功倍的效果。在圆锥曲线的定值问题中亦是如此。
例1已知抛物线E:x?=2py(p》0)的焦点为F,圆M的方程为x y’-py=0,若直线x=4与轴交于点R,与抛物线E交于点Q,且|QF1=2RQ\。
(1)求出抛物线E和圆M的方程。
(2)过焦点F的直线l与抛物线E交于A,B两点,与圆M交于C,D两点(A,C在y轴同侧),求证:|AC|.|DB|是定值。
解析:(1)设Q(4,yo),由|QF|=|RQ得y。 P.5
yo,所以y。=2p,将点(4,2p)2代人抛物线方程得p=2,所以抛物线E:x?=4y,圆M:x y’-2y=0。
(2)抛物线E:x=4y的焦点为F(0,1),设直线l的方程为y=kx 1,A(x,(x?=4y,y1),B(xz,y2),由(y=kx 1,消去y整理得x-4kx-4=0,则0=16(k’ 1)》0,且x x2=4k,x.xz=-4。由条件可知圆x (y-1)?=1的圆心为M(0,1),半径为1,圆心就是抛物线E的焦点。
由抛物线的定义知|AF|=y1 1,|BF|=yz 1,则ACI=lAFI-1=y,I|BD|=|BF|-1=yz,lACl.|BD|=yyz=(kx 1).(kx, 1)=kxx2 k(x x) 1=-4k* 4k* 1=1。
所以|AC|.|BD|为定值,定值为1。点评:本题通过抛物线的定义灵活地将焦半径|AF|,|BF|进行转化,得到|AF|=y1 1,|BF|=y 1,再分别减去圆M的半径,即可得|ACI=y,|BD|=yz,从而快捷地建立代数关系式|AC|.|BD|=y1yz,并进行求值即可。本题若要由点A,C的坐标求|AC|,点B,D的坐标求|BD|,则必然需要再联立直线CD和圆的方程,那么|AC|。|BD|的代数式的得出难度相当大,过程也会非常烦琐。所以解决本题的关键在于灵活应用圆锥曲线的定义。
二、巧设参数,追踪动点、动直线
圆锥曲线因运动而精彩纷呈,在圆锥曲线的定值问题中,不同的视角决定着我们选取不同的参数,建立不同的代数关系,无论是何种代数关系,我们都是为了实现“定”的目标,因此如何合理选参直接影响到代数式的繁简程度。在分析问题时,我们既要从条件出发,又要从目标逆推,找到条件和目标之间的联系,达到优化运算的目的。
例2
如图1,已知椭圆
的左焦点和右焦点分别为F,F,,左顶点和右顶点分别为A,Ap,上顶点和下顶点分别为B,,B,△B,OF;是斜边长为2的等腰直角三角形,直线l过A2且垂直于x轴,D为l上异于A。的一个动点,直线A,D交椭圆于点C。
(1)求椭圆的标准方程;
(2)求证:可为定值。
解析:(1)因为△B,OF,是斜边长为2的等腰直角三角形,所以a=2,6=c。
又因为a=b c,所以6=2。
解法二:由已知直线AD的斜率存在,设直线A,D的方程为y=k(x 2)(k0),所以C.B为定值4。
点评:本题第(2)问的解答,若从目标.苏出发(解法一),则发现研究数量积需要知道点的坐标,所以选择设椭圆上的动点C(xo,yo)(y。0)为参数,再由直线A,C与直线l相交确定点D,从而得出数量积的表达式并化简得出定值;若从条件出发(解法二),则发现动直线AD与直线l和椭圆分别交于点D,C,所以选择设动直线AD的斜率为k(k≠0),再求出点D,C的坐标,从而得出数量积的表达式并化简得出定值。比较而言,本题还是设点C坐标的方法运算量较小,可以避免联立直线与椭圆方程得出交点的运算步骤。
三、极端思想,优化解题过程
极端策略是一种重要的数学思想,灵活地借助极限思想,从有限到无限,从近似到精确,从量变到质变。通过圆锥问题的极端元素,灵活借助极端策略解题,可以避开抽象及复杂运算,优化解题过程,降低难度,是简化圆锥曲线运算的一条有效且重要的途径。
(1)求椭圆C的标准方程;
(2)过原点的直线l与椭圆C交于A,B两点,椭圆C上一点M满足|MA|=|MB|,
(2)由|MA|=|MB|知,M在线段AB的中垂线上,由椭圆的对称性知A,B关于原点对称。
①若A,B是椭圆的短轴顶点,则M是
椭圆的一个长轴顶点,此时
同理,若A,B是椭圆的长轴顶点,则M
是椭圆的一个短轴顶点,此时
②若A,B,M不是椭圆的顶点,设直线l的方程为y=kx(k?0),则直线OM的方程
点评:本题通过A,B,M三点的两种极端位置,即若A,B是椭圆的短轴顶点,则M是椭圆的一个长轴顶点和若A,B是椭圆的长轴顶点,则M是椭圆的一个短轴顶点,得1
出=2为定值。再10A IOB 1OM|2探究A,B,M三点不是椭圆顶点时,选择合理的参数,得出OA |OB|2十|OM|2的关系式,通过化简求出定值。灵活借助极端策略,简化代数式的运算,优化解题过程。
解析几何是高考高频考点,运动与变化是研究几何问题的基本观点,而利用代数方法研究几何问题是解决解析几何问题的基本方法,其解题思路灵活,不同的切人點会导致运算量的差异。圆锥曲线题一般题目较长,需仔细审题,合理转化;解析几何题的运算量大,要养成良好的运算习惯,掌握运算技巧;圆锥曲线是几何问题,要考虑其几何属性,利用数形结合思想解题。因此在解决此类问题时,要耐心审题,大胆转化,优化思路,细心运算。
(责任编辑王福华)
一、回归定义,灵活应用,化难为易
回归定义的实质是重新审视概念,并用相应的概念解决问题,圆锥曲线的定义既是有关圆锥曲线问题的出发点,又是新知识、新思维的生长点。若能根据已知条件,巧妙灵活应用定义,往往能收到化难为易、化繁为简、事半功倍的效果。在圆锥曲线的定值问题中亦是如此。
例1已知抛物线E:x?=2py(p》0)的焦点为F,圆M的方程为x y’-py=0,若直线x=4与轴交于点R,与抛物线E交于点Q,且|QF1=2RQ\。
(1)求出抛物线E和圆M的方程。
(2)过焦点F的直线l与抛物线E交于A,B两点,与圆M交于C,D两点(A,C在y轴同侧),求证:|AC|.|DB|是定值。
解析:(1)设Q(4,yo),由|QF|=|RQ得y。 P.5
yo,所以y。=2p,将点(4,2p)2代人抛物线方程得p=2,所以抛物线E:x?=4y,圆M:x y’-2y=0。
(2)抛物线E:x=4y的焦点为F(0,1),设直线l的方程为y=kx 1,A(x,(x?=4y,y1),B(xz,y2),由(y=kx 1,消去y整理得x-4kx-4=0,则0=16(k’ 1)》0,且x x2=4k,x.xz=-4。由条件可知圆x (y-1)?=1的圆心为M(0,1),半径为1,圆心就是抛物线E的焦点。
由抛物线的定义知|AF|=y1 1,|BF|=yz 1,则ACI=lAFI-1=y,I|BD|=|BF|-1=yz,lACl.|BD|=yyz=(kx 1).(kx, 1)=kxx2 k(x x) 1=-4k* 4k* 1=1。
所以|AC|.|BD|为定值,定值为1。点评:本题通过抛物线的定义灵活地将焦半径|AF|,|BF|进行转化,得到|AF|=y1 1,|BF|=y 1,再分别减去圆M的半径,即可得|ACI=y,|BD|=yz,从而快捷地建立代数关系式|AC|.|BD|=y1yz,并进行求值即可。本题若要由点A,C的坐标求|AC|,点B,D的坐标求|BD|,则必然需要再联立直线CD和圆的方程,那么|AC|。|BD|的代数式的得出难度相当大,过程也会非常烦琐。所以解决本题的关键在于灵活应用圆锥曲线的定义。
二、巧设参数,追踪动点、动直线
圆锥曲线因运动而精彩纷呈,在圆锥曲线的定值问题中,不同的视角决定着我们选取不同的参数,建立不同的代数关系,无论是何种代数关系,我们都是为了实现“定”的目标,因此如何合理选参直接影响到代数式的繁简程度。在分析问题时,我们既要从条件出发,又要从目标逆推,找到条件和目标之间的联系,达到优化运算的目的。
例2
如图1,已知椭圆
的左焦点和右焦点分别为F,F,,左顶点和右顶点分别为A,Ap,上顶点和下顶点分别为B,,B,△B,OF;是斜边长为2的等腰直角三角形,直线l过A2且垂直于x轴,D为l上异于A。的一个动点,直线A,D交椭圆于点C。
(1)求椭圆的标准方程;
(2)求证:可为定值。
解析:(1)因为△B,OF,是斜边长为2的等腰直角三角形,所以a=2,6=c。
又因为a=b c,所以6=2。
解法二:由已知直线AD的斜率存在,设直线A,D的方程为y=k(x 2)(k0),所以C.B为定值4。
点评:本题第(2)问的解答,若从目标.苏出发(解法一),则发现研究数量积需要知道点的坐标,所以选择设椭圆上的动点C(xo,yo)(y。0)为参数,再由直线A,C与直线l相交确定点D,从而得出数量积的表达式并化简得出定值;若从条件出发(解法二),则发现动直线AD与直线l和椭圆分别交于点D,C,所以选择设动直线AD的斜率为k(k≠0),再求出点D,C的坐标,从而得出数量积的表达式并化简得出定值。比较而言,本题还是设点C坐标的方法运算量较小,可以避免联立直线与椭圆方程得出交点的运算步骤。
三、极端思想,优化解题过程
极端策略是一种重要的数学思想,灵活地借助极限思想,从有限到无限,从近似到精确,从量变到质变。通过圆锥问题的极端元素,灵活借助极端策略解题,可以避开抽象及复杂运算,优化解题过程,降低难度,是简化圆锥曲线运算的一条有效且重要的途径。
(1)求椭圆C的标准方程;
(2)过原点的直线l与椭圆C交于A,B两点,椭圆C上一点M满足|MA|=|MB|,
(2)由|MA|=|MB|知,M在线段AB的中垂线上,由椭圆的对称性知A,B关于原点对称。
①若A,B是椭圆的短轴顶点,则M是
椭圆的一个长轴顶点,此时
同理,若A,B是椭圆的长轴顶点,则M
是椭圆的一个短轴顶点,此时
②若A,B,M不是椭圆的顶点,设直线l的方程为y=kx(k?0),则直线OM的方程
点评:本题通过A,B,M三点的两种极端位置,即若A,B是椭圆的短轴顶点,则M是椭圆的一个长轴顶点和若A,B是椭圆的长轴顶点,则M是椭圆的一个短轴顶点,得1
出=2为定值。再10A IOB 1OM|2探究A,B,M三点不是椭圆顶点时,选择合理的参数,得出OA |OB|2十|OM|2的关系式,通过化简求出定值。灵活借助极端策略,简化代数式的运算,优化解题过程。
解析几何是高考高频考点,运动与变化是研究几何问题的基本观点,而利用代数方法研究几何问题是解决解析几何问题的基本方法,其解题思路灵活,不同的切人點会导致运算量的差异。圆锥曲线题一般题目较长,需仔细审题,合理转化;解析几何题的运算量大,要养成良好的运算习惯,掌握运算技巧;圆锥曲线是几何问题,要考虑其几何属性,利用数形结合思想解题。因此在解决此类问题时,要耐心审题,大胆转化,优化思路,细心运算。
(责任编辑王福华)