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对于高考中的解析几何问题,不少考生由于运算方法不当,致使运算过程复杂、繁琐,解答烦琐费力,一些考生只好望题兴叹.而借助曲线的参数方程,通过借水行舟的方法往往可优化解题过程,有效地简化运算,下面通过几例,以示说明.
例1 (2013年高考数学北京卷)已知A、B、C是椭圆
w:x2 4+y2=1上的三个点,O是坐标原点.
(1)当点B是w的右顶点,且四边形OABC为菱形时,求此菱形的面积;
(2)当点B不是w的顶点时,判断四边形OABC是否可能为菱形,并说明理由.
解析:(1)(略)
(2)假设四边形OABC是菱形,设OB与AC相交于点P(m,n),则B(2m,2n).
设直线AC的参数方程为x=m+tcosα,
y=n+tsinα
(t为参数,α为倾斜角),将之代入方程
w:x2 4+y2=1得
(4sin2α+cos2α)t2+(2mcosα+8nsinα)t+m2+4n2-4=0.因为A、C两点关于点P(m,n)对称,故上述关于t的方程两根分别为
t0,-t0.
所以
t0+(-t0)=-2mcosα+8nsinα
4sin2α+cos2α,
t0•(-t0)=
m2+4n2-4 4sin2α+cos2α.
因为B(2m,2n)在椭圆上,所以m2+4n2-4=0,因此
t0=0.这说明A、C两点重合与已知条件矛盾,故假设不成立,所以四边形OABC不可能为菱形.
评论:本题巧妙运用直线的参数方程,充分考虑A、C两点的对应参数互为相反数的特征,避免了复杂的运算,很快地解决问题.
例2 (2013年高考数学山东卷)在平面直角坐标系xOy中,已知椭圆C的中心在原点O,焦点在x轴上,短轴长为2,离心率为2 2.
(1)求椭圆C的方程;
(2)A、B为椭圆C上满足△AOB的面积为
6 4的任意两点,E为线段AB的中点,射线OE交椭圆C于点P,设
OP=tOE,求实数t的值.
解析:(1)易求椭圆C的方程为
x2 2+y2=1.
(2)设A(x1,y1),B(x2,y2),设R(x,y)是直线OA上任意一点,则
OR=(x,y)
.又
OA=
(x1,y1),因O、P、R三点共线,所以
OR∥OP,所以
y1x-x1y=0,此即为直线OA的方程.点B(x2,y2)到直线OA的距离为
d=
|x1y2-y1x2|
x21+y21,又
|OA|=x21+y21,故
S△AOB=1 2|OA|d=
1 2|x1y2-y1x2|=6 4,即|x1y2-y1x2|=6 2.
又因为点A、B在椭圆上,故可设
x1=2cosα,
y1=sinα,
x2=2cosβ,
y2=sinβ,
将之代入
|x1y2-y1x2|=6 2
得
|2cosαsinβ-
2sinαcosβ|=
2|sin(α-β)|
=6 2,
所以
|sin(α-β)|=3 2
.
因为E为线段AB的中点,所以
OE=
(2(cosα+cosβ) 2,
sinα+sinβ 2),又
OP=tOE,所以
xP=2t(cosα+cosβ) 2,
yP=t(sinα+sinβ) 2.又点P在椭圆上,所以有
t2(cosα+cosβ)2+t2(sinα+sinβ)2=4即
t2[1+cos(α-β)]=2.由
|sin(α-β)|=3 2得
cos(α-β)=±1 2,代入上式得
t=2或
t=23 3.
评论:本题巧妙借助椭圆的参数方程设点,将椭圆方程化整为零,最后只要进行三角函数的化简、运算即可,从而避免了繁琐的运算.
例3 (2013年高考数学陕西卷)已知动圆过定点A(4,0),且在y轴上截得弦MN的长为8.
(1)求动圆圆心的轨迹C的方程;
(2)已知点B(-1,0),设不垂直于x轴的直线l与轨迹C交于不同的两点P、Q,若x轴为∠PBQ的角平分线,证明直线l过定点.
解析:(1)易求得轨迹C的方程为y2=8x.
(2)不妨设P(8t21,8t1)、Q(
8t22,8t2),由x轴为∠PBQ的角平分线得
kPB+kQB=0,即
8t1
8t21+1+
8t2 8t22+1=0,即
8t1(8t22+1)+8t2(8t21+1)=0.整理得8(8t1t2+1)(t1+t2)=0.由
l不垂直于x轴可得
t1+t2≠0,所以
8t1t2=-1.而直线l的方程为
y=8t1-8t2 8t21-8t22(x-8t21
)+8t1,整理得
y=1 t1+t2(x+8t1t2),故直线l过定点(1,0).
评注:本题借助抛物线的参数方程来设点,避免了方程联点,充分利用t1t2的意义,简化了运算.
例1 (2013年高考数学北京卷)已知A、B、C是椭圆
w:x2 4+y2=1上的三个点,O是坐标原点.
(1)当点B是w的右顶点,且四边形OABC为菱形时,求此菱形的面积;
(2)当点B不是w的顶点时,判断四边形OABC是否可能为菱形,并说明理由.
解析:(1)(略)
(2)假设四边形OABC是菱形,设OB与AC相交于点P(m,n),则B(2m,2n).
设直线AC的参数方程为x=m+tcosα,
y=n+tsinα
(t为参数,α为倾斜角),将之代入方程
w:x2 4+y2=1得
(4sin2α+cos2α)t2+(2mcosα+8nsinα)t+m2+4n2-4=0.因为A、C两点关于点P(m,n)对称,故上述关于t的方程两根分别为
t0,-t0.
所以
t0+(-t0)=-2mcosα+8nsinα
4sin2α+cos2α,
t0•(-t0)=
m2+4n2-4 4sin2α+cos2α.
因为B(2m,2n)在椭圆上,所以m2+4n2-4=0,因此
t0=0.这说明A、C两点重合与已知条件矛盾,故假设不成立,所以四边形OABC不可能为菱形.
评论:本题巧妙运用直线的参数方程,充分考虑A、C两点的对应参数互为相反数的特征,避免了复杂的运算,很快地解决问题.
例2 (2013年高考数学山东卷)在平面直角坐标系xOy中,已知椭圆C的中心在原点O,焦点在x轴上,短轴长为2,离心率为2 2.
(1)求椭圆C的方程;
(2)A、B为椭圆C上满足△AOB的面积为
6 4的任意两点,E为线段AB的中点,射线OE交椭圆C于点P,设
OP=tOE,求实数t的值.
解析:(1)易求椭圆C的方程为
x2 2+y2=1.
(2)设A(x1,y1),B(x2,y2),设R(x,y)是直线OA上任意一点,则
OR=(x,y)
.又
OA=
(x1,y1),因O、P、R三点共线,所以
OR∥OP,所以
y1x-x1y=0,此即为直线OA的方程.点B(x2,y2)到直线OA的距离为
d=
|x1y2-y1x2|
x21+y21,又
|OA|=x21+y21,故
S△AOB=1 2|OA|d=
1 2|x1y2-y1x2|=6 4,即|x1y2-y1x2|=6 2.
又因为点A、B在椭圆上,故可设
x1=2cosα,
y1=sinα,
x2=2cosβ,
y2=sinβ,
将之代入
|x1y2-y1x2|=6 2
得
|2cosαsinβ-
2sinαcosβ|=
2|sin(α-β)|
=6 2,
所以
|sin(α-β)|=3 2
.
因为E为线段AB的中点,所以
OE=
(2(cosα+cosβ) 2,
sinα+sinβ 2),又
OP=tOE,所以
xP=2t(cosα+cosβ) 2,
yP=t(sinα+sinβ) 2.又点P在椭圆上,所以有
t2(cosα+cosβ)2+t2(sinα+sinβ)2=4即
t2[1+cos(α-β)]=2.由
|sin(α-β)|=3 2得
cos(α-β)=±1 2,代入上式得
t=2或
t=23 3.
评论:本题巧妙借助椭圆的参数方程设点,将椭圆方程化整为零,最后只要进行三角函数的化简、运算即可,从而避免了繁琐的运算.
例3 (2013年高考数学陕西卷)已知动圆过定点A(4,0),且在y轴上截得弦MN的长为8.
(1)求动圆圆心的轨迹C的方程;
(2)已知点B(-1,0),设不垂直于x轴的直线l与轨迹C交于不同的两点P、Q,若x轴为∠PBQ的角平分线,证明直线l过定点.
解析:(1)易求得轨迹C的方程为y2=8x.
(2)不妨设P(8t21,8t1)、Q(
8t22,8t2),由x轴为∠PBQ的角平分线得
kPB+kQB=0,即
8t1
8t21+1+
8t2 8t22+1=0,即
8t1(8t22+1)+8t2(8t21+1)=0.整理得8(8t1t2+1)(t1+t2)=0.由
l不垂直于x轴可得
t1+t2≠0,所以
8t1t2=-1.而直线l的方程为
y=8t1-8t2 8t21-8t22(x-8t21
)+8t1,整理得
y=1 t1+t2(x+8t1t2),故直线l过定点(1,0).
评注:本题借助抛物线的参数方程来设点,避免了方程联点,充分利用t1t2的意义,简化了运算.