中圖分類號:G632 文獻標識碼:A
參數(shù)方程是曲線方程的一種表示形式,它是解析幾何的重要工具.對于高中數(shù)學中的解析幾何題,學生常用普通方程進行解答,不但運算量大,而且容易出錯.若巧妙構建直線和圓錐曲線的參數(shù)方程,能夠快速有效地解決相關問題[1],下面筆者通過具體實例加以說明.
1 利用參數(shù)方程求最值問題
最值問題是解析幾何中的常見題型之一,解決此類問題可運用函數(shù)思想、幾何性質(zhì)、均值定理、參數(shù)方程、向量法等多種方法.
例1設 A 為橢圓 上的一動點,又已知點 C(8,4) ,以 AC 為對角線作矩形ABCD,使 AB//x 軸, AD//y 軸,求矩形ABCD 面積的最大值.
解析 設點 ,則矩形ABCD的面積 S=(8-4cosθ)(4-2sinθ)=8[4
.令 t=sinθ+cosθ ,兩邊平方得
代人化簡得 S=4(t-2)2 +12 因為
,所以當 t=1 時, Smax=16 ,即文章編號:1008-0333(2025)16-0024-03矩形ABCD面積的最大值為16.
例2已知傾斜角為 α 的直線 ξl 經(jīng)過點 M(2, 0),且直線 ξl 與曲線 x2+2y2=1 相交于 A,B 兩點,求 ∣MA∣?∣MB∣ 的最小值.
解析 設直線 l 的參數(shù)方程為 t是參數(shù)), 0?αlt;π ,代入曲線方程整理,得(1+sin2α)t2+4tcosα+3=0 ,判別式 Δ=16cos2α
,解得
設點 M,N 對應的參數(shù)分別為 t1,t2 ,由參數(shù) χt 的幾何意義得
所以 ∣MA∣?∣MB∣ 的最小值是
2利用參數(shù)方程求取值范圍問題
取值范圍問題是解析幾何中常見的考查內(nèi)容之一,該問題類型較多,解法靈活多變,常見的有代數(shù)方法和幾何方法,若轉(zhuǎn)換思維方式,用參數(shù)法來解則可以鍛煉學生的一題多解能力.
例3 已知 E,F(xiàn) 是橢圓 上的兩點,收稿日期:2025-03-05作者簡介:趙林,本科,高級教師,從事高中數(shù)學教學研究.
線段 EF 的垂直平分線與 x 軸相交于點 G(k,0) ,求k 的取值范圍.
解析設點 E(4cosθ,3sinθ),F(xiàn)(4cosφ,3sinφ) 由垂直平分線的性質(zhì)可知 ∣GE∣2=∣GF∣2 .于是(k-4cosθ)2+(3sinθ)2=(k-4cosφ)2+(3sinφ)2 展開化簡得 7(cos2θ-cos2φ)=8k(cosθ-cosφ) .又因為線段 EF 的垂直平分線與 x 軸相交,所以cosθ-cosφ≠0 因此 ,且 cosθ+cosφ ?∈(?-2,2) .從而
即 k 的取值范圍是
例4已知M為橢圓C10 上的點, N 為圓 C2:x2+(y-6)2=2 上的點,求IMNI的取值范圍.
解析設點 ,圓心 C2(0,6) ,半徑
,則
因為 -1?sinθ?1 ,所以 -1?3sinθ+2?5. 因此5
.由題意得
即IMNI的取值范圍是
3利用參數(shù)方程求動點軌跡問題
動點軌跡方程是解析幾何中的重要內(nèi)容,也是近幾年各省高考的基本題型之一,解決這類問題的方法較多,需要依據(jù)問題的內(nèi)部規(guī)律及知識之間的相互聯(lián)系找到最優(yōu)解法.
例5已知橢圓 的長軸的左、右頂點分別為 A,B,C 是橢圓上任一點,引 AD⊥AC,BD⊥BC 且 AD 與 BD 的交點為 D ,求動點 D 的軌跡方程.
解析設點 C(3cosθ,sinθ) ,由題意知 A(ε-3 0), B(3,0) ,且 cosθ≠±1,sinθ≠0. 所以
故直線AD的方程為y=_3(cos0+1)
直線BD的方程為y=_3(cos0 -1)
①×②得y2=9(cos20-1)
化簡整理得
,即為動點 D 的軌跡方程.
例6已知直線l 和橢圓
°=1 ,從坐標原點 o 出發(fā)的射線與直線 l 和橢圓 E 分別相交于 A,B 兩點,若點 G 在線段 OA 上,且滿足∣OB∣2=∣OA∣?∣OG∣ ,求動點 G 的軌跡方程
解析 設射線所在直線的參數(shù)方程為
χt 是參數(shù)),分別代人直線 l 和橢圓 E 的
方程得: 及
設 t1,t2,t 分別是點 B,A,G 所對應的參數(shù),由參數(shù)的
幾何意義得 ∣OB∣=t1,∣OA∣=t2,∣OG∣=t ,代人,得
因為 x=tcosα,y=tsinα ,所以
③
④ 又因為 ∣OB∣2=∣OA∣?∣OG∣ ,所以 t12=t2?t ③÷④ ,得
所以動點 G 的軌跡方程是 6x2+8y2-3x-4y=0.
4利用參數(shù)方程求定點問題
解析幾何中的定點問題是歷年數(shù)學高考的難點之一,在求解過程中往往伴隨復雜的運算.提高解決此類問題的效率,對學生的思維深度、解題的專注度以及運算能力的培養(yǎng),都有非常積極的意義.
例7已知過點 P(0,1) 且斜率為 k(k≠0) 的直線l 與橢圓 交于 A,B 兩點,點 Q 與點 B 關于 y 軸對稱,證明直線 AQ 過定點,并求出該定點坐標
解析 設點 A(cosα,2sinα),B(cosβ,2sinβ) θ(ε-cosβ,2sinβ) ,因為 kPA=kPB ,所以
去分母得 2sin(α-β)=-(cosα-cosβ) 即
因為α≠β ,所以
直線 AQ 的方程為
,令 x=0 ,則
所以直線 AQ 過定點,該定點坐標是(0,4).
例8 已知直線 ξl 與拋物線 C:y2=8x 相交于A,B 兩點,且直線 ξl 與 x 軸交于點 M ,若
為常數(shù),證明點 M 為定點,并求點 M 的坐標
解析設點 M(m,0) ,直線 AB 的參數(shù)方程為 ( χt 是參數(shù)),將其代入拋物線方程,整理得 t2sin2α-8tcosα-8m=0. 設 A,B 兩點對應的參數(shù)分別為 t1,t2 ,則 t1,t2 是方程的兩根,由韋達定理得
于是
(20當且僅當 m=4 時
為常數(shù).
所以點 M 為定點,點 M 坐標為(4,0).
5 利用參數(shù)方程求定值問題
解析幾何中的定值問題涉及的知識面廣,綜合性強.很多學生受思維定式的影響,往往采用代數(shù)法來做,解題過程很復雜,不如參數(shù)法簡單.
例9已知橢圓 G 的上頂點為 C 右頂點為 D ,若 M 是橢圓 G 上一點,直線 MC 與 x 軸交于點 E ,直線 MD 與 y 軸交于點 F ,求證: ∣DE∣? ∣CF∣ 為定值.
解析 設點 M(3cosθ,2sinθ) ,因為點 C(0,2) ,D(3,0),直線MD的方程為y=3cos0-3 ,令χ =0,得y=1-cos0 則 直線MC的方程為
,令 y=0 ,得 xE
則
.即有 ∣DE∣θ?α
所以 |DE|?|CF| 為定值.
評注本題的一般方法是設直線 l 的方程是 y ξ=kx+m ,再根據(jù)已知條件得到 k 和 ?m 之間的等量關系,消去 m 就可以求出 k 的值.但計算過程十分煩瑣,而采用參數(shù)法來做,可取得事半功倍的解題效果.
6 結束語
參數(shù)方程在解析幾何中是一枝獨秀的奇葩,它不僅是一種描述幾何對象的有效工具,還是解決幾何問題的重要方法[2].通過引入?yún)?shù),可以將復雜的幾何問題轉(zhuǎn)化為簡單的代數(shù)問題,將二元問題轉(zhuǎn)化為一元問題,從而簡化問題的求解過程,這對于培養(yǎng)學生的解題能力、思維能力和創(chuàng)新能力都有著十分重要的作用.
參考文獻:
[1]周花香.圓錐曲線參數(shù)方程在數(shù)學解題中的使用[J].數(shù)理化學習,2022(11):10-12.
[2]張超.巧構參數(shù)方程妙解數(shù)學問題[J].中學數(shù)學,2022(15):59-61.
[責任編輯:李慧嬌]