本文所指的圓錐曲線綜合題,指以直線與圓錐曲線的位置關(guān)系為背景,考查考生運(yùn)用代數(shù)方法研究圓錐曲線性質(zhì)的一類綜合題。此類問題是高考的必考內(nèi)容。解決此類問題是否有一個(gè)基本的操作范式,可以讓學(xué)生有依可循?尋找求解圓錐曲線綜合題的算法就是本節(jié)復(fù)習(xí)課的目標(biāo)。下面按照教學(xué)設(shè)計(jì)的基本要素展開敘述。
教學(xué)任務(wù)分析:
圓錐曲線的綜合題對(duì)學(xué)生來說是一個(gè)難以逾越的坎,原因主要有以下方面:1、知識(shí)的綜合性強(qiáng),涉及到了圓錐曲線的概念、方程、性質(zhì),在解決問題時(shí)往往要用到函數(shù)、方程、不等式、導(dǎo)數(shù)、向量等數(shù)學(xué)主干知識(shí)。2、變量多,學(xué)生不能準(zhǔn)確地引入變量,采取有效地措施處理多個(gè)變量之間的關(guān)系3、運(yùn)算量大,需要學(xué)生有較強(qiáng)的運(yùn)算能力與細(xì)心、恒心等數(shù)學(xué)品質(zhì)。4、要求學(xué)生有較強(qiáng)的分析問題與解決問題的能力,能自覺地運(yùn)用化歸、數(shù)形結(jié)合等數(shù)學(xué)思想解決問題。降低此類問題的難度,增強(qiáng)學(xué)生成功求解的信心,是提高得分率的關(guān)鍵。本節(jié)課的任務(wù)就是學(xué)生通過求解09高考浙江省理科第21題,能夠概括、總結(jié)出基本的解題步驟,構(gòu)建出解決此類問題的算法。學(xué)生能初步掌握?qǐng)?zhí)行算法的每一步驟中相應(yīng)的策略性知識(shí)。
教學(xué)情境設(shè)計(jì):
呈現(xiàn)問題,學(xué)生獨(dú)立求解
教師給出如下問題:(浙江卷理21)已知橢圓:的右頂點(diǎn)為,過的焦點(diǎn)且垂直長(zhǎng)軸的弦長(zhǎng)為.
(I)求橢圓的方程;
(II)設(shè)點(diǎn)在拋物線:上,在點(diǎn)處的切線與交于點(diǎn).當(dāng)線段的中點(diǎn)與的中點(diǎn)的橫坐標(biāo)相等時(shí),求的最小值.
先由學(xué)生得出問題(I)的答案,再由全班學(xué)生獨(dú)立求解問題(II),時(shí)間12 分鐘左右。并由一名中等以上程度的學(xué)生板演問題(II)。教師在班級(jí)巡視、觀察,了解學(xué)生的解題過程與困難,為后面有針對(duì)性的分析作好準(zhǔn)備。
二、分析學(xué)生解題表現(xiàn),點(diǎn)撥難點(diǎn)并形成策略
分析學(xué)生的解題表現(xiàn),總的思路是先整體概括出解題的步驟構(gòu)成,再?gòu)木植糠治雒恳徊襟E中采用的策略,教師引導(dǎo)學(xué)生概括出解題的步驟主要有三大步:引入變量,表示出直線方程; 聯(lián)立直線與圓錐曲線的方程,建立變量的等量關(guān)系;分析變量之間存在的等式與不等式,轉(zhuǎn)化成函數(shù)問題。
對(duì)于第一步恰當(dāng)?shù)匾胱兞渴菃栴}解決的基礎(chǔ)。比如本題學(xué)生可能有兩種引入方法,一種是設(shè)動(dòng)點(diǎn)P的坐標(biāo)為利用導(dǎo)數(shù)的知識(shí)可知拋物線在點(diǎn)P處的切線斜率為,直線MN的方程為,引入的變量只有一個(gè)就是,另一種是設(shè)直線的方程是:,利用直線與拋物線相切,直線與橢圓相交,可得出之間存在三個(gè)關(guān)系:,,。對(duì)于這三個(gè)式子先處理哪一個(gè)?式子如何整理?都需要學(xué)生分析。比較這兩種方法可知,變量引入方式的不同,導(dǎo)致解題難度、解題長(zhǎng)度不同。由于學(xué)生不容易解決多變量的問題,因而要求學(xué)生在引入變量時(shí)要分析原問題中獨(dú)立變量的個(gè)數(shù),盡量讓問題顯得簡(jiǎn)單,有利于自己把握。
第二步建立變量之間存在的等量關(guān)系是問題解決的關(guān)鍵。變量之間等量關(guān)系建立的途徑是把問題中的幾何條件轉(zhuǎn)化成坐標(biāo)之間代數(shù)關(guān)系,然后利用韋達(dá)定理得到變量之間的等量關(guān)系。本問題不存在轉(zhuǎn)化的困難,改成如下條件:,或?yàn)殇J角,引導(dǎo)學(xué)生利用向量思想分別轉(zhuǎn)化成與,利用向量的坐標(biāo)運(yùn)算即可得出相應(yīng)的坐標(biāo)之間的代數(shù)關(guān)系。第二步驟的分析中讓學(xué)生學(xué)會(huì)簡(jiǎn)化運(yùn)算,在解題時(shí)要具備以下意識(shí):概念的意識(shí)—根據(jù)定義解題是最基本的方法;設(shè)而不求的意識(shí)—設(shè)有關(guān)動(dòng)點(diǎn)的坐標(biāo),靈活運(yùn)用韋達(dá)定理;向量的意識(shí)—用向量的運(yùn)算處理有關(guān)角度,長(zhǎng)度、平行、垂直、共線等問題。
第三步是分析變量之間的代數(shù)關(guān)系,轉(zhuǎn)化成特定的代數(shù)問題并準(zhǔn)確求解是問題解決的核心部分。學(xué)生也往往是在這一步半途而廢。本例中分析組成的一條不等式與等式(這里參考標(biāo)準(zhǔn)答案,見附錄)①,②,可轉(zhuǎn)化成函數(shù)與方程的問題。對(duì)于式②可利用方程有解的角度得出,也可化成求函數(shù)值域的方法,得出或。由于式①是一個(gè)復(fù)雜的四次不等式,學(xué)生的困難會(huì)表現(xiàn)在不知如何否定?,標(biāo)準(zhǔn)答案給出的方法很簡(jiǎn)單,然而很少有學(xué)生具備標(biāo)準(zhǔn)答案給出的數(shù)的估算意識(shí)。這是一個(gè)考驗(yàn)高手的地方。教師要讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到雖然把幾何問題轉(zhuǎn)化成了一個(gè)代數(shù)問題,但這個(gè)代數(shù)問題不能脫離原來的幾何背景,可有如下辦法:重新審題可知這兩個(gè)變量的關(guān)系是存在的值使得關(guān)于的不等式①有解,方程②有解,這樣比較自然的是利用兩個(gè)判別式,,得出;數(shù)形結(jié)合,觀察當(dāng)時(shí)拋物線在橢圓的下方不符合條件,也可以觀察動(dòng)點(diǎn)P的位置只能在軸的左邊,這些都是否定明智的辦法。然后在的條件下代入式①肯定。
概括解題步驟,形成求解一類問題的算法
用流程圖給出求解圓錐曲線綜合題的算法:
提供配套練習(xí),形成技能
為了使學(xué)生進(jìn)一步體會(huì)每一步驟中的解題策略,要件相應(yīng)的練習(xí)。布置學(xué)生做2009年江蘇省、遼寧省、天津市三個(gè)地區(qū)的理科試題中解析幾何的解答題。
附錄一:浙江卷理21的答案
解析:(I)由題意得所求的橢圓方程為,w.w.w.k.s.5.u.c.o.m
(II)不妨設(shè)則拋物線在點(diǎn)P處的切線斜率為,直線MN的方程為,將上式代入橢圓的方程中,得,即,因?yàn)橹本€MN與橢圓有兩個(gè)不同的交點(diǎn),所以有,
設(shè)線段MN的中點(diǎn)的橫坐標(biāo)是,則,w.w.w.k.s.5.u.c.o.m
設(shè)線段PA的中點(diǎn)的橫坐標(biāo)是,則,由題意得,即有,其中的或;
當(dāng)時(shí)有,因此不等式不成立;因此,當(dāng)時(shí)代入方程得,將代入不等式成立,因此的最小值為1.