筆者近日拜讀了王云峰老師的《淺談動曲線過定點問題》一文。文章中所采用的“特殊到一般”的數(shù)學思想將解析幾何中繁難的動曲線過定點問題簡化為猜想證明,從而快速解決問題。筆者經(jīng)過反復研讀,認為這種解題思想大有觸類旁通的作用,再聯(lián)想以往教學中出現(xiàn)的幾個典型問題,來淺談一下“拋物線中一類過定點問題”。
先來看一個經(jīng)典的問題:
問題1:O是直角筆者近日拜讀了王云峰老師的《淺談動曲線過定點問題》一文。文章中所采用的“特殊到一般”的數(shù)學思想將解析幾何中繁難的動曲線過定點問題簡化為猜想證明,從而快速解決問題。筆者經(jīng)過反復研讀,認為這種解題思想大有觸類旁通的作用,再聯(lián)想以往教學中出現(xiàn)的幾個典型問題,來淺談一下“拋物線中一類過定點問題”。
先來看一個經(jīng)典的問題:
問題1:O是直角坐標原點,A、B是拋物線y2=2px(p>0)上不同兩點,且OA⊥OB,求證:動直線AB過定點。
我們先找到定點的位置,然后再驗證。設直線OA、OB的斜率分別為k1、k2。
①當k1→+∞時,則k2→0(k1· k2=-1),此時點A趨于原點O,點B趨于無窮遠處,直線AB的極限位置就是x軸(也可由對稱性得出),這樣我們有理由認為定點就在x軸上;② 取直線OA的斜率k1=1,則直線OB的斜率k2=-1,此時直線AB的方程為x=2p。這樣可以猜測直線AB所過定點為M(2p,0)。下面再來驗證。
將直線OA的方程y=k1x與拋物線y2=2px聯(lián)立易得,
,
同理
∴與共線,即直線AB過定點為M(2p,0)。
探究:問題1中的條件OA⊥OB是從斜率角度考慮(k1k2=-1),那么如改成k1k2=1,其他它條件不變,直線AB是否也過定點呢?我們可取k1=k2=1,此時直線AB就是在點(2p,2p)處的切線,對拋物線方程y2=2px求導得:,所以切線斜率為,切線方程為:,令y=0得x=-2p,
此時猜測直線AB過定點M(-2p,0),(驗證同上略)。
條件直線OA和OB的斜率之積是特定的常數(shù),那么我們大膽的猜想“當OA和OB的斜率之積是任意的常數(shù)時,直線AB也過x軸上一個定點”。
問題2.:A、B是拋物線y2=2px上不同兩點,O是拋物線的頂點,直線OA、OB的斜率分別為k1、k2,當k1·k2=λ(不為零的常數(shù))時,直線AB是否過定點。
可取k1=1、k2=λ,由問題1可知A(2p,2p)、,
此時,
直線AB的方程為
令y=0得:,猜測直線AB過定點。驗證如下:
,
同理
∴與共線,即直線AB過定點為。
上面問題是把拋物線上的定點放在特殊位置——坐標原點,那么我們猜測拋物線上任意一定點是否也有此類特性呢?這樣提出以下問題。
問題3:A、B是拋物線y2=2px上不同兩點,P是拋物線上的定點,直線PA、PB的斜率分別為k1、k2,當k1·k2=λ(不為零的常數(shù))時,直線AB是否過定點。
我們?nèi)杂蒙厦娴乃伎挤椒ㄟM行探究,設A(x1,y1),B(x2,y2),P(x0,y0)
當k1→+∞時,則k2→0(k1·k2=λ),
此時點A趨于點P′(x0,-y0),點B趨于無窮遠處,
此時AB的極限位置就是y=-y0軸,這樣我們有理由認
為直線AB如過定點,那么就該在直線y=-y0上。然后再取一組特殊位置(比如k1=1,k2=λ)就可以確定定點位置,但也可以驗證動直線與直線y=-y0的交點橫坐標是否是一個定值。將直線PA的方程y-y0=k1(x-x0)與拋物線y2=2px聯(lián)立得:。
由韋達定理得:
,
同理。
,
∴直線AB的方程為,令y=-y0得:
故直線AB是否過定點
經(jīng)過對問題3的探究得到結(jié)論“A、B是拋物線y2=2px上不同兩點,P(x0,y0)是拋物線上的定點,直線PA、PB的斜率分別為k1、k2,當k1·k2=λ(不為零的常數(shù))時,直線AB過定點”。
上述在探究問題的過程中,我嘗試運用的《淺談動曲線過定點問題》一文的思想方法,沿著“特殊到一般”的思考路徑,尋求問題的關鍵點,最終使問題得到解決。坐標原點,A、B是拋物線y2=2px(p>0)上不同兩點,且OA⊥OB,求證:動直線AB過定點。
我們先找到定點的位置,然后再驗證。設直線OA、OB的斜率分別為k1、k2。
①當k1→+∞時,則k2→0(k1· k2=-1),此時點A趨于原點O,點B趨于無窮遠處,直線AB的極限位置就是x軸(也可由對稱性得出),這樣我們有理由認為定點就在x軸上;② 取直線OA的斜率k1=1,則直線OB的斜率k2=-1,此時直線AB的方程為x=2p。這樣可以猜測直線AB所過定點為M(2p,0)。下面再來驗證。
將直線OA的方程y=k1x與拋物線y2=2px聯(lián)立易得,
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同理
∴與共線,即直線AB過定點為M(2p,0)。
探究:問題1中的條件OA⊥OB是從斜率角度考慮(k1k2=-1),那么如改成k1k2=1,其他它條件不變,直線AB是否也過定點呢?我們可取k1=k2=1,此時直線AB就是在點(2p,2p)處的切線,對拋物線方程y2=2px求導得:,所以切線斜率為,切線方程為:,令y=0得x=-2p,
此時猜測直線AB過定點M(-2p,0),(驗證同上略)。
條件直線OA和OB的斜率之積是特定的常數(shù),那么我們大膽的猜想“當OA和OB的斜率之積是任意的常數(shù)時,直線AB也過x軸上一個定點”。
問題2.:A、B是拋物線y2=2px上不同兩點,O是拋物線的頂點,直線OA、OB的斜率分別為k1、k2,當k1·k2=λ(不為零的常數(shù))時,直線AB是否過定點。
可取k1=1、k2=λ,由問題1可知A(2p,2p)、,
此時,
直線AB的方程為
令y=0得:,猜測直線AB過定點。驗證如下:
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同理
∴與共線,即直線AB過定點為。
上面問題是把拋物線上的定點放在特殊位置——坐標原點,那么我們猜測拋物線上任意一定點是否也有此類特性呢?這樣提出以下問題。
問題3:A、B是拋物線y2=2px上不同兩點,P是拋物線上的定點,直線PA、PB的斜率分別為k1、k2,當k1·k2=λ(不為零的常數(shù))時,直線AB是否過定點。
我們?nèi)杂蒙厦娴乃伎挤椒ㄟM行探究,設A(x1,y1),B(x2,y2),P(x0,y0)
當k1→+∞時,則k2→0(k1·k2=λ),
此時點A趨于點P′(x0,-y0),點B趨于無窮遠處,
此時AB的極限位置就是y=-y0軸,這樣我們有理由認
為直線AB如過定點,那么就該在直線y=-y0上。然后再取一組特殊位置(比如k1=1,k2=λ)就可以確定定點位置,但也可以驗證動直線與直線y=-y0的交點橫坐標是否是一個定值。將直線PA的方程y-y0=k1(x-x0)與拋物線y2=2px聯(lián)立得:。
由韋達定理得:
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同理。
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∴直線AB的方程為,令y=-y0得:
故直線AB是否過定點
經(jīng)過對問題3的探究得到結(jié)論“A、B是拋物線y2=2px上不同兩點,P(x0,y0)是拋物線上的定點,直線PA、PB的斜率分別為k1、k2,當k1·k2=λ(不為零的常數(shù))時,直線AB過定點”。
上述在探究問題的過程中,我嘗試運用的《淺談動曲線過定點問題》一文的思想方法,沿著“特殊到一般”的思考路徑,尋求問題的關鍵點,最終使問題得到解決。