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      再談圓錐曲線焦點弦長的統(tǒng)一公式

      2023-09-12 04:51:48林秋林
      中學(xué)數(shù)學(xué)研究 2023年9期
      關(guān)鍵詞:弦長焦點普通高中

      一、問題的提出

      例1 已知F為拋物線C:y2=4x的焦點,過F作兩條互相垂直的直線l1,l2,直線l1與C交于A,B兩點,直線l2與C交于D,E兩點,求|AB|+|DE|的最小值.

      該例題是普通高中教科書《數(shù)學(xué)選擇性必修第一冊》(湖南教育出版社,2019年第1版)課本P149習(xí)題3.3的第12題,原題則出自2017年高考全國數(shù)學(xué)理科I卷.原題作為選擇題,有不少資料上都利用了拋物線焦點弦的弦長公式來給出簡解,過程如下:

      解析:不妨設(shè)l1的傾斜角為α(0<α<π2),則l2的傾斜角為α+π2,|AB|=4sin2α,|DE|=4sin2(α+π2)=4cos2α,故|AB|+|DE|=4(1sin2α+1cos2α)=16sin22α≥16,|AB|+|DE|的最小值為16,當(dāng)且僅當(dāng)α=π4時等號成立.

      這里拋物線的焦點弦長公式指的是:若拋物線的焦點到準(zhǔn)線的距離為p,過焦點的弦AB與對稱軸的夾角為α,則弦長|AB|=2psin2α.進一步地,該結(jié)論可以推廣到任意圓錐曲線,即:若圓錐曲線的一個焦點到相應(yīng)準(zhǔn)線的距離為p,且過該焦點的弦AB與焦點所在的對稱軸的夾角為α,則弦長|AB|=2ep|1-e2cos2α|,其中e為該圓錐曲線的離心率.這就是圓錐曲線焦點弦長的統(tǒng)一公式,是一個在各級資料上比較常見的二級結(jié)論.

      上述解析利用公式邏輯清晰,目標(biāo)明確,過程簡潔有效.在學(xué)生掌握了這個二級結(jié)論的前提下,作為選擇題的解法無可厚非.只是例1作為解答題,這個直接利用二級結(jié)論的解答過程就明顯不夠嚴(yán)謹(jǐn)了.筆者曾在高三某個班級利用該題做了一個小測驗,結(jié)果發(fā)現(xiàn)該班不少優(yōu)秀的同學(xué)光知道利用二級結(jié)論進行所謂“秒殺”,規(guī)范的解答過程反而不知道怎么書寫了,不是缺步就是跳步,這不禁讓筆者憂心不已.高三復(fù)習(xí)該不該任由學(xué)生去記憶類似的二級結(jié)論呢?二級結(jié)論是否會影響學(xué)生對數(shù)學(xué)的學(xué)習(xí)?筆者不禁陷入了思索與困惑.

      二、問題的思考

      《普通高中數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版2020年修訂)》針對平面解析幾何內(nèi)容,對學(xué)生提出了具體的學(xué)業(yè)要求.即能夠掌握平面解析幾何解決問題的基本過程;根據(jù)具體問題情境的特點,建立平面直角坐標(biāo)系;根據(jù)幾何問題和圖形的特點,用代數(shù)語言把幾何問題轉(zhuǎn)化為代數(shù)問題;根據(jù)對幾何問題(圖形)的分析,探索解決問題的思路;運用代數(shù)方法得到結(jié)論;給出代數(shù)結(jié)論合理的幾何解釋,解決幾何問題.同時對高考命題原則,《課標(biāo)》明確指出:考查內(nèi)容應(yīng)圍繞數(shù)學(xué)內(nèi)容主線,聚焦學(xué)生對重要數(shù)學(xué)概念、定理、方法、思想的理解和應(yīng)用,強調(diào)基礎(chǔ)性、綜合性;注重數(shù)學(xué)本質(zhì)、通性通法,淡化解題技巧;融入數(shù)學(xué)文化.由此可見,強調(diào)利用二級結(jié)論來解題,會讓學(xué)生陷入強化解題技巧的誤區(qū),也會使學(xué)生忽視數(shù)學(xué)的本質(zhì),甚至?xí)虼硕鴮?shù)學(xué)興趣索然.那二級結(jié)論是不是都沒有積極作用?教師是不是要制止學(xué)生去鉆研、理解二級結(jié)論呢?為此,筆者專門和一些成績優(yōu)秀的同學(xué)做了交流,其中有幾個學(xué)生反映以前在考試時經(jīng)常會因方法的選擇不當(dāng)、本身計算能力的不足等原因,導(dǎo)致成績一直不夠理想,而在掌握并能熟練使用一些二級結(jié)論后,對數(shù)學(xué)解題(特別是選擇題或填空題)有了較大的信心,不僅提高了解題速度,而且解題的準(zhǔn)確率也有一定的提升,成績自然也更加突出.

      四、結(jié)語

      以上通過對圓錐曲線的焦點弦長的統(tǒng)一公式的教學(xué),舉一反三,給沉悶的數(shù)學(xué)教學(xué)注入了一絲活力,提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,調(diào)動了學(xué)生的積極性,從而提高了課堂教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量,同時也發(fā)展了學(xué)生的邏輯推理、數(shù)學(xué)運算等核心素養(yǎng).著名數(shù)學(xué)教育家波利亞曾說過:“解題可以是人的最富有特征性的活動,假如你想要從解題中得到最大的收獲,你就應(yīng)該在所做的題目當(dāng)中去找出它的特征,那些特征在你以后求解其他問題時,能起到指導(dǎo)的作用.”筆者認(rèn)為,二級結(jié)論其實就是所謂的“特征”,是對一些重要的數(shù)學(xué)概念、定理、性質(zhì)等進行的深入總結(jié),它可以有意識的引導(dǎo)學(xué)生從結(jié)論中發(fā)現(xiàn)解題思路,從證明中完善解題過程.要達(dá)到這樣的正面效果就要求教師要指導(dǎo)學(xué)生知其然更要知其所以然.?dāng)?shù)學(xué)題目是永遠(yuǎn)做不完的,如果學(xué)生能適當(dāng)掌握一些二級結(jié)論,就能解決更多相應(yīng)的問題,這確實會大大提升學(xué)習(xí)效率.當(dāng)然這里教師也要對二級結(jié)論進行篩選,指導(dǎo)學(xué)生去粗取精,避免學(xué)生陷入泥潭.

      參考文獻

      [1]張景中,黃步高.普通高中教科書數(shù)學(xué)選擇性必修第一冊[M].湖南:湖南教育出版社,2019.

      [2]林秋林.圓錐曲線焦點弦長的統(tǒng)一公式[J].?dāng)?shù)理天地(高中版),2018(9).

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