丁宇韜
[摘 要] 圓錐曲線相關(guān)知識點是高中數(shù)學的一個重點和難點,同時也是高考數(shù)學的必考內(nèi)容之一. 在解答圓錐曲線相關(guān)試題過程中,巧用特殊值法、幾何法、參數(shù)方程等方法往往可以避免繁雜的計算,從而達到事半功倍的效果.
[關(guān)鍵詞] 圓錐曲線:解析法;特殊值法;幾何法;參數(shù)方程
圓錐曲線相關(guān)知識點一直是我們高中數(shù)學學習的難點,但卻也是高考重點.在近幾年的新課標全國卷試題中圓錐曲線的相關(guān)內(nèi)容所占分值為22分,考查的形式為“兩小一大”,分別是一道填空題、一道選擇題和一道解答題,而考查的內(nèi)容除了對基本概念和性質(zhì)的掌握,更考查我們的計算能力,以及分析和解決問題的能力. 圓錐曲線試題中繁雜的計算不但會花掉大量寶貴的考試時間,而且也容易出錯,往往得不償失. 因此在解答時間有限的情況下,采用簡單有效的解題方法是得分的關(guān)鍵. 本文結(jié)合自己在解決圓錐曲線相關(guān)問題中的體會,總結(jié)了以下幾點解決方法,供大家參考.
特殊值法
例1:如圖1,A1,A2為橢圓+=1的長軸的左、右端點,O為坐標原點,S,Q,T為橢圓上不同于A1,A2的三點,直線QA1,QA2,OS,OT圍成一個平行四邊形OPQR,則OS2+OT2等于( )
A. 5 B. 5+
C. 15 D. 21
方法一:解析法
設(shè)Q(x0,y0),S(x1,y1),T(x2,y2),則y=(16-x). 設(shè)直線OS,OT的方程分別為:y=k1x,y=k2x,則kA2Q=k1,kA1Q=k2,則k1·k2=·==-. 由y=k1x,+=1,計算得出x=,y=. 同理,y=,y=. 由兩點間距離公式可知:
OS2+OT2=x+y+x+y=+
=+
==21.
方法二:特殊值法
由橢圓+=1,焦點在x軸上,當Q選在短軸的端點上,取Q(0,). 因為A1(-4,0),A2(4,0),知QA1斜率為k=,即直線OT方程為y=x,由y=x,+=1,
計算可得T點坐標為T2,,故OT=. 由對稱性可以知道OS=OT=,從而得OS2+OT2=21.
從此例可以看出,與解析法相比較,特殊值法有效地避免了復(fù)雜的計算過程,節(jié)約了做題時間.特殊值法是我們解答選擇題和填空題的最好方法之一. 同時,特殊值法也是我們在解答填空題時的優(yōu)選方法之一.
幾何法
例2:設(shè)橢圓:+=1(a>b>0)的右頂點為A、右焦點為F,B為橢圓E在第二象限上的點,直線BO交橢圓E于另一點C(O為坐標原點),若直線BF平分線段AC,則橢圓的離心率為( )
A. B.
C. D.
方法一:解析法
延長BF與AC交于M,由已知條件知A(a,0),F(xiàn)(c,0),設(shè)B(x0,y0),C(-x0,-y0),則M,. 利用B,F(xiàn),M三點共線可知kBF=kFM,則=?圯-c=?圯-c=?圯=,從而可以得到: e==.
方法二:幾何法
連接OM,則OM為△ABC的中位線,于是△OFM∽△AFB,且=,即=?圯e==.
從此例可以看出,與解析法相比較,靈活運用平面幾何知識同樣可以避免繁雜的計算.
參數(shù)方程
例3:已知橢圓C:+=1(a>b>0)的左焦點為F,A1,為橢圓上一點,AF交y軸于點M,且M為AF的中點.
(Ⅰ)求橢圓C的方程;
(Ⅱ)直線L與橢圓C有且只有一個公共點A,平行于OA的直線交L于P,交橢圓C于不同的兩點D,E,問是否存在常數(shù)λ,使得PA2=λPD·PE?若存在,求出λ的值;若不存在,請說明理由.
解:(Ⅰ)橢圓的方程為+y2=1;
(Ⅱ)方法一:直線L的方程為+=1. 設(shè)直線DE的方程為y=x+t,解方程組y=x+t,+y2=1消y得x2+tx+t2-1=0. 設(shè)D(x1,y1),E(x2,y2),則x1+x2=-t,x1x2=t2-1,從而PD·PE=xP-x1·xP-x2=x-xP(x1+x2)+x1x2. 聯(lián)立L的方程和DE的方程得P點坐標xP=,yP=. 從而,PD·PE=t2,AP2=-12+-2=t2,所以,λ=1.
方法二:直線L的方程為+=1. 設(shè)P(x0,y0),P在直線L上,則x0+y0-2=0. 設(shè)DE的傾斜角為α,由DE平行于OA得cosα=,sinα=,
所以設(shè)DE的參數(shù)方程為x=x0+t,y=y0+t(t為參數(shù)),代入+y2=1得x0+t+2y0+t-2=0,
即t2+x0+y0t+x+2y-2=0. 設(shè)此方程兩個根分別為t1和t2,則
PD·PE=t1t2==3y-3y0+,
PA2=(x0-1)2+y0-=x+y-2x0-y0+=3y-3y0+,故PA2=PD·PE,從而得λ=1.
從此例可以看出,利用直線的參數(shù)方程避免了P點坐標的計算,從而降低了計算難度.另外,利用圓錐曲線的參數(shù)方程形式可以將圓錐曲線上任意的坐標用三角函數(shù)表示,進而借助于三角函數(shù)知識有效解決相關(guān)問題,如下例.
例4:在橢圓+=1求一點P,使P到直線L:x+2y-10=0的距離最小.
解:方法一:將直線平移至與橢圓相切,切點即為所求.
方法二:設(shè)橢圓參數(shù)方程為x=3cosφ,y=2sinφ (φ為參數(shù)),
設(shè)P(3cosφ,2sinφ)為橢圓上任意一點,則P到直線L:x+2y-10=0的距離d==.所以,當φ=φ0時d取得最小值,其中φ0滿足cosφ0=,sinφ0=,此時3cosφ=3cosφ0=,2sinφ=2sinφ0=,
所以當P點為P,時,到直線L:x+2y-10=0的距離最小,最小值為.