解析幾何中常出現(xiàn)如下典型問題:①證明動直線或動曲線恒經(jīng)過一定點;②求通過若干個點的曲線方程;③證明一點或若干個點在某一條定曲線上…,等等如果我們能構(gòu)造出有用的曲線系方程,將獲得意想不到的效果那么如何構(gòu)造有用的曲線(直線)系方程呢?如何利用所構(gòu)造的曲線(直線)系方程,直擊問題目標,快速實現(xiàn)問題解決呢?通過下面的例子作一簡單介紹.
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證明直線或曲線恒過一定點
(1) 求橢圓的方程;
(2) 求線段MN長度的最小值;
() 以線段MN為直徑的圓C是否過定點?請證明你的結(jié)論.圖1
評析關(guān)于(),首先由圓的標準方程寫出動圓C的方程①然后在曲線系方程形式的引領(lǐng)下,將其化簡整理,并注意到條件y1y2=-1,立刻將①變形成②,從②中提取曲線C1、C2,其交點即為所求.
例2(26年武漢市二月調(diào)考題第21題)如圖2,已知拋物線C:x2=2py上一異于原點O的動點M和平面上兩個定點A(,-a,B(b,a(a≠,直線MA交曲線C于M1,直線MB交曲線C于M2,連接M1M2.圖2
評析關(guān)于(Ⅱ),首先由直線的“點斜式”寫出直線M1M2的方程①如何將①寫成“中心直線系方程”呢?由A,M,M1共線得②,由M,B,M2共線得③通過嘗試,確定用“x2x”表示“x1+x2”、“x1x2”再據(jù)“中心直線系方程”的形式,即可將①化歸成中心直線系方程⑤,由此提取直線C1、C2,其交點即是動直線恒過的定點
2求通過若干個點的曲線方程
例求經(jīng)過P1(1,-1、P2(2,、P(2,-、P4(,7、P(-2,-9五點的圓錐曲線方程.
分析若設(shè)所求曲線方程為Ax2+Bxy+Cy2+Dx+Ey+=,將點的坐標一一代入,可得關(guān)于字母系數(shù)的五個方程,運算量大是可想而知的可否由五個點中的部分點構(gòu)造一曲線系方程(即待定的曲線方程),再由余下的點,確定其參數(shù),從而求得滿足要求的曲線方程呢?評析這里通過選取五點中的四點來確定四條直線,用這四條直線來構(gòu)造出過這四點的曲線系方程,減少了變量,獲得了簡解這種作法具有普遍意義.
證明點在某一條定曲線(直線)上
例4平面直角坐標系xOy中,已知⊙M經(jīng)過點1(,-c,2(,c,A(c,三點,其中c>.
(Ⅰ)求⊙M的標準方程(用含c的式子表示);
(Ⅱ)已知橢圓x2b2+y2a2=1(a>b>(其中a2-b2=c2的左、右頂點分別為
D、B,⊙M與x軸的兩個交點分別為A、C,且A點在B點右側(cè),C點在D點右側(cè).
(1)求橢圓離心率的取值范圍;
(2)A、B、M、O、C、D(O為坐標原點)依次均勻分布在x軸上,問直線M1與直線D2的交點是否在一條定直線上?若是,請求出這條定直線的方程;若不是,請說明理由.
評析關(guān)于(Ⅱ)(2),一般作法是:求出直線M1與D2交點N的坐標,由此得到點N的軌跡參數(shù)方程,消參得點N的直線方程這里另劈途徑:構(gòu)造過M1與D2交點的直線系方程①(其中λ與c為參數(shù)),并將其變?yōu)棰谟散谑揭字敠?1時,②式為定直線.
例(211年全國高考理科試題(Ⅱ))已知O為坐標原點,為橢圓C:x2+y22=1
在y軸正半軸上的焦點,過且斜率為-2的直線l與C交于A,B兩點,點P滿足OA+
OB+OP=.
(1)證明:點P在C上;
(2)設(shè)點P關(guān)于點O的對稱點為Q,證明:A,P,B,Q四點在同一圓上.
分析關(guān)于(2),證法較多,這里通過構(gòu)造曲線系方程來求解.
于是P(-22,-1,易驗證P(-22,-1滿足橢圓方程故點P在橢圓C上.
(2) 由點P關(guān)于點O的對稱點為Q,故點Q(22,1,所以直線PQ的方程為y=2x
又直線AB的方程為y=-2x+1,故設(shè)經(jīng)過A,P,B,Q四點的曲線系方程為
上A,P,B,Q在①上,即在②上接下來就只需證明:“存在實數(shù)λ,使得②為圓的方程”這只需利用一般二次曲線方程表示圓的充要條件,即可確定出λ的值這作法思路清晰,步驟鮮明,計算量小.
4 其它
例6設(shè)雙曲線x2a2-y2b2=1(a>,b>的右頂點為A,P為雙曲線上的一個動點(不是頂點),從點A引雙曲線的兩條漸近線的平行線,與直線OP分別交于Q,R兩點,其中O為坐標原點,則|OP|2與|OQ|·|OR|的大小關(guān)系是 .圖
分析設(shè)P(x,y,Q(x1,y1,R(x2,y2因O,P,Q,R共線,故考察|OP|2與|OQ|·|OR|的大小關(guān)系,只需考察x2與x1x2的大小關(guān)系由x1x2,想到運用韋達定理這就啟發(fā)我們構(gòu)造過點Q,R的二次曲線系方程,此曲線方程與直線OP聯(lián)立,消去y即得關(guān)于x的一元二次方程.
評析這里通過構(gòu)造曲線系方程,減少了運算量,使問題快速得解.
作者簡介侯作奎,男,196年月生,湖北省中學(xué)數(shù)學(xué)特級教師發(fā)表論文二十余篇,現(xiàn)任教于武漢外國語學(xué)校