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        一道新高考解析幾何試題的拓展探究

        2022-12-10 03:26:22余業(yè)兵
        數理化解題研究 2022年31期
        關鍵詞:設點共圓傾斜角

        余業(yè)兵

        (重慶市西南大學附屬中學校 400700)

        1 試題呈現

        圖1

        (1)求C的方程.

        2 試題解析

        由韋達定理,得

        又因為|TA|·|TB|=|TP|·|TQ|,

        所以k1+k2=0.

        故直線AB的斜率與直線PQ的斜率之和為0.

        化簡整理,得(16cos2θ1-sin2θ1)t2+(16cosθ1-2sinθ1)t-(m2+12)=0.

        因為|TA|·|TB|=|TP|·|TQ|,

        所以cos2θ1=cos2θ2.

        所以cosθ1+cosθ2=0.

        所以θ1+θ2=π.

        故直線AB的斜率與直線PQ的斜率之和為0.

        探究1 這里的“斜率之和為零”是一般性規(guī)律嗎?如果是,它需要滿足什么條件?與哪些要素有關系?

        證明設直線AB和直線CD相交于點T,若點T在圓外,由圓冪定理知

        |TA|·|TB|=|TC|·|TD|.

        設點T的坐標為(m,n),直線AB的傾斜角為θ1,直線CD的傾斜角為θ2.

        代入b2x2-a2y2=a2b2,得

        b2(m+tcosθ1)2-a2(n+tsinθ1)2=a2b2.

        整理為(b2cos2θ1-a2sin2θ1)t2+(2mb2cosθ1-2na2sinθ1)t+b2m2-a2n2-a2b2=0.

        因為A,B,C,D四點共圓,

        所以|TA|·|TB|=|TC|·|TD|.

        所以cos2θ1=cos2θ2.

        所以θ1+θ2=π.

        所以kAB+kCD=0.

        探究2結論1的逆命題成立嗎?即反過來,“kAB+kCD=0”一定有“A,B,C,D四點共圓”嗎?

        答案是肯定的,我們有如下結論:

        證明設點T的坐標為(m,n),直線AB的斜率為k1,直線CD的斜率為k2,直線AB的方程為y-n=k1(x-m).

        同理可得

        因為直線AB和直線CD的斜率為0,

        所以|TA|·|TB|=|TC|·|TD|.

        由圓冪定理逆定理知,雙曲線上四點A,B,C,D四點共圓.

        探究3 這個等價命題在橢圓和雙曲線中也成立嗎?

        類似地,大家不難證明以下結論成立.

        結論4 一般地,若A,B,C,D是拋物線E:y2=2px(p>0)上的任意四個不同點,若直線AB和直線CD的斜率都存在,則“直線AB和直線CD的斜率之和為0”與“A,B,C,D四點共圓”等價.

        就像這道高考試題一樣,很多看似普通的數學題目背后常常蘊含了深刻的規(guī)律性,對題目的深入思考與探究不僅可以讓我們厘清題目背后的邏輯規(guī)律、來龍去脈,更可以開闊視野,拓展思維,從而站得更高,看得更明,窺見整個全局.這就是數學探究的魅力所在!

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