安徽省阜陽(yáng)第一中學(xué)(236000) 王青松

安徽省阜陽(yáng)第四中學(xué)(236063) 彭榮進(jìn)

圓錐曲線(xiàn)試題由于涵蓋知識(shí)面廣(它可以將高中數(shù)學(xué)中的平面幾何、解析幾何、不等式、平面向量、函數(shù)與導(dǎo)數(shù)等知識(shí)有機(jī)的結(jié)合起來(lái)),涉及到的數(shù)學(xué)思想方法靈活多樣(如函數(shù)與方程思想、數(shù)形結(jié)合思想、分類(lèi)與整合思想、化歸與轉(zhuǎn)化思想以及特殊與一般思想),是高考的重點(diǎn)考查內(nèi)容之一,更是高中數(shù)學(xué)老師熱衷于研究的命題之一.

筆者多次參與過(guò)大型聯(lián)考試題的命制,以及通過(guò)對(duì)近幾年高考試題、各地模擬題的研究,總結(jié)出一類(lèi)圓錐曲線(xiàn)試題命制的幾種策略,主要分為以下三種:

一、利用橢圓與圓之間的親密關(guān)系命制橢圓試題

在教材選修4-4[1]中,定義了伸縮變換:

設(shè)點(diǎn)P(x,y)是平面直角坐標(biāo)系中的任意一點(diǎn),在變換的作用下,點(diǎn)P(x,y)對(duì)應(yīng)到點(diǎn)P′(x′,y′),稱(chēng)φ為平面直角坐標(biāo)系中的坐標(biāo)伸縮變換,簡(jiǎn)稱(chēng)伸縮變換.

圖1

圖2

例如,在圓中有“垂徑定理”,即垂直于弦的直徑平分弦(也可以敘述為:連結(jié)弦中點(diǎn)與圓心所得到的直線(xiàn)垂直于弦),如圖1所示:當(dāng)直線(xiàn)AB和OC斜率均存在時(shí),有kAB·kOC=-1;如果將圓換成橢圓,利用伸縮變換φ就可以得到類(lèi)似的結(jié)論:(此時(shí)橢圓方程:.

利用這種親密關(guān)系就命制出了如下的:

題目1(2013年高考新課標(biāo)I)已知橢圓1(a＞b＞0)的右焦點(diǎn)為F(3,0),過(guò)點(diǎn)F的直線(xiàn)交橢圓于A(yíng),B兩點(diǎn).若AB的中點(diǎn)M坐標(biāo)為(1,-1),則E的方程為( )

簡(jiǎn)析設(shè)OM,AB的斜率分別為k1,k2,由k1·k2=,所以,故選D.

題目2(2014年高考江西卷)過(guò)點(diǎn)M(1,1)作斜率為的直線(xiàn)與橢圓相交于A(yíng),B,若M是線(xiàn)段AB的中點(diǎn),則橢圓C的離心率為_(kāi)__.

簡(jiǎn)析由題知,由,可得,所以.

二、利用橢圓、雙曲線(xiàn)、拋物線(xiàn)之間的親密關(guān)系命制圓錐曲線(xiàn)試題

橢圓、雙曲線(xiàn)、拋物線(xiàn)都可以統(tǒng)一定義[2]為:

平面上到一個(gè)定點(diǎn)F的距離和它到一條定直線(xiàn)l(F不在l上)的距離之比是一個(gè)常數(shù)e的點(diǎn)的軌跡是圓錐曲線(xiàn):

當(dāng)0＜e＜1時(shí),它表示橢圓;當(dāng)e＞1時(shí),它表示雙曲線(xiàn);當(dāng)e=1時(shí),它表示拋物線(xiàn).

所以對(duì)于橢圓的一些結(jié)論,在雙曲線(xiàn)和拋物線(xiàn)中也會(huì)有相應(yīng)的結(jié)論,由這種親密關(guān)系,就可以命制出一些經(jīng)典的圓錐曲線(xiàn)試題了.例如,

題目3(2015年新課標(biāo)全國(guó)卷I)在直角坐標(biāo)系xOy中,曲線(xiàn)與直線(xiàn)l:y=kx+a(a＞0)交于M,N兩點(diǎn).

(1)當(dāng)k=0時(shí),分別求C在點(diǎn)M和N處的切線(xiàn)方程;

(2)y軸上是否存在點(diǎn)P,使得當(dāng)k變動(dòng)時(shí),總有∠OPM=∠OPN?說(shuō)明理由.

簡(jiǎn)析(1)略;(2)設(shè)存在點(diǎn)P(0,b)符合題意,M(x1,y1),N(x2,y2),由∠OPM=∠OPN可知kPM+kPN=0,即

那么將拋物線(xiàn)改為橢圓,又可以命制出以下試題:

題目4(2018年全國(guó)卷I)設(shè)橢圓的右焦點(diǎn)為F,過(guò)F的直線(xiàn)l與C交于A(yíng),B兩點(diǎn),點(diǎn)M的坐標(biāo)為(2,0).

(1)當(dāng)l與x垂直時(shí),求直線(xiàn)AM的方程;

(2)設(shè)O為坐標(biāo)原點(diǎn),證明:∠OMA=∠OMB.

本題解析過(guò)程就不再贅述了,讀者可以把拋物線(xiàn)改為雙曲線(xiàn),又可以命制出一道試題,讀者可以自行命制.

三、通過(guò)對(duì)一些式子的變形命制圓錐曲線(xiàn)試題

有時(shí),我們感覺(jué)某個(gè)題目很新穎,涉及到的結(jié)論很經(jīng)典時(shí),我們可以對(duì)該題進(jìn)行改編,如可以換種曲線(xiàn)去驗(yàn)證是否依然有相應(yīng)結(jié)論,或是對(duì)該題的結(jié)論進(jìn)行改造,命出試題.

題目5(2017豐臺(tái)區(qū)一模)已知橢圓1(a＞b＞0)的離心率為,右焦點(diǎn)為F,點(diǎn)B(0,1)在橢圓C上.

(1)求橢圓C的方程;

(2)過(guò)點(diǎn)F的直線(xiàn)交橢圓C于M,N兩點(diǎn),交直線(xiàn)x=2于點(diǎn)P,設(shè)求證:λ+μ為定值.

簡(jiǎn)析(1);

(2)由已知得F(1,0),直線(xiàn)MN的斜率存在,設(shè)其方程為y=k(x-1),M(x1,y1),N(x2,y2),則P(2,k).由,所以.聯(lián)立方程消去y并整理得(2k2+1)x2-4k2x+2k2-2=0.由韋達(dá)定理知代入②式可得λ+μ=0為定值.

通過(guò)對(duì)此題的研究可以得出:

結(jié)論已知橢圓的焦點(diǎn)F(c,0),過(guò)準(zhǔn)線(xiàn):上任一點(diǎn)P,作直線(xiàn)PF交橢圓C于M,N兩點(diǎn),則有.進(jìn)而,有等式PM·NF=PN·MF,所以PM·(PN-PF)=PN·(PF-PM),整理得.由此,我們可以將本題第二問(wèn)改編為如下試題:

改編1已知橢圓的離心率為,右焦點(diǎn)為F,點(diǎn)B(0,1)在橢圓C上.

(1)求橢圓C的方程;

(2)過(guò)點(diǎn)F的直線(xiàn)交橢圓C于M,N兩點(diǎn),交直線(xiàn)x=2于點(diǎn)P,求證:.

本題證明從略.也可以將常數(shù)2隱藏起來(lái),改成一個(gè)探究性問(wèn)題,此時(shí)的問(wèn)題將大大增加了難度,改編如下:

改編2已知橢圓的離心率為,右焦點(diǎn)為F,點(diǎn)B(0,1)在橢圓C上.

(1)求橢圓C的方程;

(2)過(guò)點(diǎn)F的直線(xiàn)交橢圓C于M,N兩點(diǎn),交直線(xiàn)x=2于點(diǎn)P,是否存在實(shí)數(shù)λ,使得成立?若存在,求出實(shí)數(shù)λ的值;若不存在,請(qǐng)說(shuō)明理由.

證明(1);

(2)由已知得F(1,0),直線(xiàn)MN的斜率存在,設(shè)其方程為y=k(x-1),M(x1,y1),N(x2,y2),則P(2,k).等價(jià)于也即證明成立.

接下來(lái)的證明過(guò)程同改編1的證明.

學(xué)會(huì)命制試題是教師專(zhuān)業(yè)發(fā)展的需要,試題的質(zhì)量能夠直接反映出一個(gè)教師的知識(shí)儲(chǔ)備和專(zhuān)業(yè)素養(yǎng),讓教師更好的把握數(shù)學(xué)考試命題的趨勢(shì)和方向,以更好地指導(dǎo)課堂教學(xué),提高課堂教學(xué)的針對(duì)性和有效性.教師在教學(xué)中適時(shí)地對(duì)試題進(jìn)行改編,引導(dǎo)學(xué)生去賞析試題,有利于學(xué)生進(jìn)一步搞清楚相關(guān)知識(shí)的內(nèi)在聯(lián)系,提高學(xué)生探尋答題思路、解題方法的能力.