摘 要:圓錐曲線是高中數(shù)學的重要內容,是高考必考內容之一,也是高考的熱點。但高考中解析幾何解答題的得分率并不高,究其原因主要是學生對解析幾何題“先天”膽怯,再加上繁瑣的運算,如果對題目中模型的內涵和本質也不熟悉,那更是難上加難了。認為在平時的教學中要注重對解析幾何模型的積累及拓展,要讓解析幾何題“活”起來。通過挖掘試題的內涵和本質,并提出具有探究性的問題,使學生在掌握數(shù)學知識的同時初步學會研究問題,提高學生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、分析問題和解決問題的能力。
關鍵詞:圓錐曲線;數(shù)學教學;幾何題
一、提出問題
(2016屆高三江蘇省蘇錫常鎮(zhèn)四市第一次模擬考試第18題)在平面直角坐標系xOy中,已知橢圓C: + =1(a>b>0)過點P(1, ),離心率為 。(Ⅰ)求橢圓C的方程;(Ⅱ)設直線l與橢圓C交于A、B兩點。①若直線l過橢圓C的右焦點,記△ABP三條邊所在直線斜率的乘積為t,求t的最大值;②若直線l的斜率為 ,試探究OA2+OB2是否為定值,若是定值,則求出此定值;若不是定值,請說明理由。
二、分析問題
對(Ⅰ)問,根據(jù)條件列出關于a,b,c的關系式,從而求出橢圓的方程。
對(Ⅱ)①問,根據(jù)直線的點斜式方程假設出直線l的方程,利用設而不求及韋達定理的思想將t表示成關于直線l的斜率k的表達式,進而求出最值。
對(Ⅱ)②問,根據(jù)直線的斜截式方程假設出直線l的方程,設出A、B兩點坐標,將OA2+OB2表示成關于直線l的截距的表達式,進而求出定值。
本題主要考查的知識點為橢圓的方程、直線與橢圓的位置關系及定值問題;求解過程中考查學生的思維轉化能力及分析問題、解決問題的能力,難度適中,注意通性通法,淡化特殊技巧。
三、拓展問題
筆者對此題(Ⅱ)問的兩個小問進行拓展,得到如下幾個重要性質,望與讀者共勉。
1.有關①問的拓展
(1)焦點在x軸上的橢圓:已知點P(c, )在橢圓C: + =1(a>b>0)上,若過橢圓C右焦點的直線l交橢圓于A、B兩點,則△ABP三條邊所在直線斜率的乘積最大值為 。
證明:設直線l的方程為x=my+c,直線l與橢圓C的交點A(x1,y1)、B(x2,y2),
由x=my+c + =1得(a2+b2m2)y2+2mb2cy-b4=0,易知?駐>0,
所以y1+y2=- ,y1y2= ,
所以,kAPkBP= · = · =
· =- - ,
所以,kAB·kAP·kBP=- - =- ( + )2+ ,
所以當m=- 時,kAB·kAP·kBP取得最大值 。
(2)焦點在y軸上的橢圓:已知點P( ,c)在橢圓C: + =1(a>b>0)上,若過橢圓C焦點F(0,c)的直線l交橢圓于A、B兩點,則△ABP三條邊所在直線斜率的乘積取值范圍為(-∞,0)∪[ ,+∞)。
(3)焦點在x軸上的雙曲線:已知點P(c, )在雙曲線C: - =1上,若過雙曲線C右焦點的直線l交雙曲線于A、B兩點,則△ABP三條邊所在直線斜率的乘積最小值為- 。
(4)焦點在y軸上的雙曲線:已知點P( ,c)在雙曲線C: - =1上,若過雙曲線C焦點F(0,c)的直線l交雙曲線于A、B兩點,則△ABP三條邊所在直線斜率的乘積取值范圍為(-∞,
- )∪[0,+∞)。
(5)焦點在x軸上的拋物線:已知點P( ,m)在拋物線C:y2=2mx(m≠0)上,若過拋物線C焦點的直線l∶y=k(x- )交拋物線于A、B兩點,則△ABP三條邊所在直線斜率的乘積為2k2。
(6)焦點在y軸上的拋物線:已知點P(m, )在拋物線C:x2=2my(m≠0)上,若過拋物線C焦點的直線l∶y=kx+ 交拋物線于A、B兩點,則△ABP三條邊所在直線斜率的乘積為 。
2.有關②問的拓展
(1)焦點在x軸上的橢圓:若直線l∶y=kx+t與橢圓C: + =1(a>b>0)交于A、B兩點,則OA2+OB2為定值(與t無關)的充分必要條件為直線l的斜率為± 。
證明:設直線l與橢圓C的交點A(x1,y1)、B(x2,y2),
充分性:不妨設直線l的方程為y= x+t(y=- x+t同理可證),下證OA2+OB2為定值。
由y=- x+t + =1得2b2x2+2abtx+a2t2-a2b2=0,x1+x2=- ,x1x2= ,
所以OA2+OB2=x12+y12+x22+y22=(1+ )(x12+x22)+ (x1+x2)+2t2=(1+ )[(x1+x2)2-2x1x2]+ (x1+x2)+2t2=(1+ ) - - · +2t2=a2+b2(定值)。
必要性:
由y=kx+t + =1得(a2k2+b2)x2+2a2ktx+a2t2-a2b2=0,
x1+x2=- ,x1x2= ,
所以OA2+OB2=(1+k2)[(x1+x2)2-2x1x2]+2kt(x1+x2)+2t2=
2c2 t2+ ,令a2k2-b2=0得k=± ,此時OA2+OB2為定值a2+b2,證畢。
(2)焦點在y軸上的橢圓:若直線l∶y=kx+t與橢圓C: + =1(a>b>0)交于A、B兩點,則OA2+OB2為定值(與t無關)的充分必要條件為直線的斜率為± 。
顯然,在雙曲線和拋物線中,不具有類似性質。
參考文獻:
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[2]邵禮翠.提問,讓數(shù)學例題“活”起來[J].數(shù)學教學研究,2017(7):16-17.
編輯 郭小琴