☉江蘇省贛榆高級(jí)中學(xué) 徐梅香
圓錐曲線是平面解析幾何的核心內(nèi)容,也是高考命題的熱點(diǎn).圓錐曲線題大多是中檔題,教師和學(xué)生都給予足夠的重視,在平時(shí)教與學(xué)的過(guò)程中都投入大量的時(shí)間和精力.圓錐曲線是學(xué)生能否取得高分的一道分水嶺,而好多學(xué)生越不過(guò)這道坎.在高三二輪復(fù)習(xí)的時(shí)候常會(huì)有同學(xué)這樣問(wèn):“做題時(shí)該設(shè)點(diǎn)坐標(biāo)還是設(shè)直線的斜率?”從中可以看到,圓錐曲線解答題做題的入口處,也就是如何選參,以哪些對(duì)象為載體實(shí)施解題過(guò)程,學(xué)生容易產(chǎn)生解題的困惑和迷茫,從而阻礙思維,于是產(chǎn)生思維坎.
2016年蘇州大學(xué)畢業(yè)生張平準(zhǔn)備學(xué)位論文時(shí),在學(xué)生對(duì)解析幾何中核心概念理解、基本公式的推導(dǎo)與證明以及基本思想運(yùn)用情況方面做了詳細(xì)的研究,研究發(fā)現(xiàn),學(xué)生在解析幾何學(xué)習(xí)中存在的主要問(wèn)題是:對(duì)解析幾何的基本概念與基本公式理解不足;對(duì)解析幾何的基本思想理解不到位;代數(shù)運(yùn)算能力弱.
這三個(gè)方面問(wèn)題的總結(jié)具有普遍性和代表性,其中以第一個(gè)問(wèn)題為主,思想和方法的滲透需要附著于基礎(chǔ)知識(shí)與基本方法,運(yùn)算能力的提升更要依賴基礎(chǔ)知識(shí)的理解和基本方法的運(yùn)用,“如果不先教明概念,便是教得不好”(夸美紐斯語(yǔ)),因而找尋破除解題思維坎的關(guān)鍵“點(diǎn)”應(yīng)該從根本出發(fā),回歸課本,緊扣教材,從基本概念出發(fā),深度剖析概念的本質(zhì),從概念學(xué)習(xí)領(lǐng)悟過(guò)程中找尋破除思維坎的關(guān)鍵”點(diǎn)”.
下面以橢圓教學(xué)為例,闡述破除圓錐曲線思維坎的關(guān)鍵“點(diǎn)”.
橢圓的定義:平面內(nèi)到兩個(gè)定點(diǎn)F1,F(xiàn)2的距離的和等于常數(shù)(記為2a,大于|F1F2|)的點(diǎn)的軌跡叫做橢圓,兩個(gè)定點(diǎn)F1,F(xiàn)2叫做橢圓的焦點(diǎn),兩焦點(diǎn)間的距離叫做焦距(記為2c,a>c>0).
橢圓上任意一點(diǎn)記為P,可表示為:|PF1|+|PF2|=2a.
(1)看式子的類型,定義描述的是一個(gè)動(dòng)點(diǎn)所滿足的條件是一個(gè)等式,變化的對(duì)象是一個(gè)點(diǎn),不變的是兩個(gè)定點(diǎn)一個(gè)常數(shù),點(diǎn)在運(yùn)動(dòng),但是滿足的條件是確定的,因而點(diǎn)P是有確定等量關(guān)系的點(diǎn).
(2)看解題規(guī)律,一般總會(huì)用已知表示未知,用條件求解結(jié)論,此處的點(diǎn)P是可用的點(diǎn).
(3)看圓錐曲線題型,常出現(xiàn)定值、定點(diǎn)、最值、范圍問(wèn)題,這些問(wèn)題背后一定有確定的關(guān)系調(diào)控著,橢圓的定義揭示的就是一個(gè)定值問(wèn)題,此處的點(diǎn)P是有主動(dòng)權(quán)的點(diǎn).
(4)看變量類型,橢圓的定義揭示點(diǎn)P是以幾何形式呈現(xiàn)的,它的變化可以用兩條線段的長(zhǎng)(兩個(gè)變量)來(lái)刻畫(huà),此處的點(diǎn)P是可聯(lián)系變量的點(diǎn).
借助平面直角坐標(biāo)系(坐標(biāo)法),實(shí)現(xiàn)了將幾何條件代數(shù)化,點(diǎn)P的代數(shù)形式是坐標(biāo)(x,y),以焦點(diǎn)在x軸上為
(1)該等式涉及兩個(gè)變量x,y,點(diǎn)P的可用之處就是它的坐標(biāo)滿足確定的關(guān)系,該式可以整體使用,
以上從兩個(gè)方面分析了橢圓上的點(diǎn)所具有的性質(zhì),我們完全有理由把橢圓上的點(diǎn)定位為破除圓錐曲線解題思維坎的“關(guān)鍵點(diǎn)”.
例1 已知橢圓方程
此處解題的切入口是刻畫(huà)點(diǎn)P,設(shè)出有條件的兩個(gè)變量|PF1|=r1,|PF2|=r2,建立目標(biāo)函數(shù),運(yùn)用已知條件(橢圓定義)求解最值問(wèn)題.
說(shuō)明:證法一直接使用橢圓上的點(diǎn)P的坐標(biāo)表示其他相關(guān)的點(diǎn)的坐標(biāo)和直線方程,最終將P滿足的確定的等量關(guān)系代入化簡(jiǎn),求得答案.證法二利用斜率刻畫(huà)橢圓上點(diǎn)P條件,簡(jiǎn)化了直線方程的形式,實(shí)質(zhì)和法一相同.無(wú)論哪種方法都?xì)w功于橢圓上點(diǎn)P,它是一個(gè)重要的關(guān)鍵點(diǎn),是打開(kāi)思路的一個(gè)切入點(diǎn).
(1)滿足一定條件的橢圓上兩個(gè)自由關(guān)鍵點(diǎn)
圖1
求點(diǎn)P的軌跡方程,即建立P點(diǎn)坐標(biāo)滿足的等量關(guān)系,而橢圓上兩個(gè)點(diǎn)M,N就是具有條件的點(diǎn),用已知條件兩點(diǎn)M,N的坐標(biāo)關(guān)系揭示與之相關(guān)的點(diǎn)P的特征,這恰恰符合解題的一般規(guī)律.
(2)同是一條直線與橢圓的交點(diǎn)的兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)
圖2
需要用點(diǎn)C,D的坐標(biāo)表示目標(biāo),C,D滿足兩個(gè)條件,既是橢圓上的點(diǎn),又是AB平行直線上的點(diǎn),如果將橢圓上點(diǎn)所滿足的關(guān)系(二次方程)直接代入到目標(biāo)(一次)化簡(jiǎn),勢(shì)必引發(fā)次數(shù)的不匹配,所以需要更換運(yùn)用條件的順序,引入直線方程,C,D這兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)坐標(biāo)就是直線方程和橢圓方程聯(lián)立后方程組的解,可以借助韋達(dá)定理,整體代入.
圖3
證明:設(shè)P(x0,y)0,A(x1,y)1,B(x2,y2),F(xiàn)(1-c,0),F(xiàn)(2c,0),則
又P(x0,y0)在橢圓上,即有a2y02=a2b2-b2x02,代入上式并化簡(jiǎn)得:b2λ12-2 (cx0+c2)λ1-a2-c2-2cx0=0,解得λ1=
P、A、B都是橢圓上的關(guān)鍵點(diǎn),其中P是主動(dòng)點(diǎn),A、B兩點(diǎn)可以結(jié)合向量條件由P點(diǎn)表示,再將A、B兩點(diǎn)的坐標(biāo)回代到橢圓方程中,得到λ1(λ2)與同一對(duì)象點(diǎn)P坐標(biāo)的關(guān)系,達(dá)到證明的目的.
圓錐曲線是訓(xùn)練學(xué)生運(yùn)算能力,提升思維能力的很好載體.從知識(shí)層面上,要熟練掌握?qǐng)A錐曲線的定義、標(biāo)準(zhǔn)方程及幾何性質(zhì).從方法層面上,要重點(diǎn)掌握?qǐng)A錐曲線中的關(guān)鍵點(diǎn)的處理方法,比如橢圓上的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)可以直接使用,兩個(gè)直線與橢圓的交點(diǎn)問(wèn)題,通過(guò)聯(lián)立方程組,解點(diǎn)坐標(biāo)或者設(shè)而不求,整體代入;多個(gè)橢圓上的關(guān)鍵點(diǎn)可以采用回代的方法.將對(duì)橢圓上的點(diǎn)的分析作為探尋解題思路的關(guān)鍵,實(shí)現(xiàn)做題切入難問(wèn)題的突破,真正做到以點(diǎn)破坎,學(xué)生的思維能力在找點(diǎn),用點(diǎn)的過(guò)程得到了順利提升.從數(shù)學(xué)思想層面上,方法的落實(shí)要依賴思想的引領(lǐng),代數(shù)方法的背后是方程(方程組)思想,坐標(biāo)使用背后是變量思想,使用過(guò)程中要貫穿整體思想、消元思想及函數(shù)思想.J