解析几何运算中的"三项注意八大纪律"
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中学数学研究
2014年第8期
得口+2b≤(口6—3)c,..k即口a6+一23b≤c(ab>3),所以
3石,两端平方得(1lb2—8)2(2b2+3)≥45(1lb2—
8>0),即(b2—1)(242b4+253b2—147)≥O(1162—8>0),因1162—8>0时,242b4+253b2—147>
t≥彘{等+5口+22b(口6>3),求二兀-代双瓦雨a+2b
+5a+22b(ab>3)的最小值即可.下面用求多元函数(代数式)最值的通法(文[3])解决.令以口)=
0,所以b≥1,所以g(b)的减区间为(O,1],增区间为[1,+∞),所以g(口)幽=g(1)=48,当b=1
万a+j2b+5口+22b(口>i3),则由厂(口)=
帅=÷(√学+3)-4,自5口+226+c=48
得c=6,即当n=4,b=l,c=6时,t。i。=48,所以,5口+22b+c的最/j、值为48.
一等等+5≥。得口≥i1【.√丁212"酽+3+3),所
八÷c~/至孚+3,,:兰j学+226+{笋,又令g(6)=堕孚卫+226+萼(6>0)’则由g’(6)=22一(蔫b
燕+吾钏川m2_8)而≥
2 ̄/262+
D
以以n)的减区间为(了3,古(√丝≥量+3)],增区间为[丢(√丝≥立+3),+∞),所以厂(口)面。=
D
D
’V
)
注:求函数的值域(最值)是解、证不等式的一般方法(文[4]),题目估计也是用高等的导数方法获得后,再寻求出初等方法解答的.
参考文献
[1]黄兆麟.数学问题2080解答,数学通报,2012,9.
[2]王淼生,吴卫军.详略得当,展示功力,彰显品味,中学数
学研究(江西),2014,3.
[3]熊福州.由2010年高考四川理(12)看多元函数最值问
题的解法,中学数学研究(江西),2010,10.
3+擎)≥。,即
[4]熊福州.不妨在方程与函数的教学上多着点墨,中学数
学研究(江西),2014,3.
解析几何运算中的“三项注意八大纪律"
浙江省宁波市鄞州区正始中学
在高考中,解析几何是重点考查的对象.面对
这类问题,学生往往因运算量大心生畏惧而导致半途而废.寻找合适的思路,通晓常见的注意事项,积
(315131)何卫华
所以丛二兰:—-4—x:1,NE.Z4茗+),:0.到这里,还
石l一石2
Y
有两个问题:一个是题目求的是轨迹而不是轨迹方程,另一个是轨迹是直线吗?显然应是直线在椭圆内部的部分线段除去两端点.
评注:这里要求的是轨迹而不是轨迹方程.解题时,要审清问的是什么,才能做到有的放矢.对所求
累一定的解题技巧就显得非常重要.笔者通过日常教学将解析几何运算中常见的注意事项及相关解题
技巧总结为“三项注意八大纪律”,希望得到专家、同行的批评指正.
注意一:审清问题例1
已知椭圆C:4x2+y2=1及直线l:y=戈
轨迹的范围应加以重视
注意二:题目条件1.显性条件
。2
.,2
+m,m∈R.求直线z被椭圆C截得的弦的中点轨
迹.
例2
解:设直线Z与椭圆C的两个交点是P(石。,Y,),
双曲线≥一吾=1(0<口<b)的半焦
U
U
Q(髫:,鲍),设PQ中点为M(菇,),),则f4菇!+蛭2t4x;+Y‘2=1,
万方数据
1’
距为c,直线Z过A(口,O),n(o,b)两点.已知原点到Z
的距离是毕,则双曲线的离心率为
五
.
2014年第8期
中学数学研究
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解:一般情况下,求得l:X---+÷=1,由点到直
口
D
线的距离公式可彳导口6=争2.进一步柚:争2两
边平方得a2(c2—82)=寺4,所以(e2—4)(3e2—4):o,所以e:2或e:学.可这个答案是不对的.
我们再看看e2=7C2=£{a堡=1+(鱼a)2,所以e与
口
号有关,而题目中o<口<6,所以e2>l+12=2,
所以答案应该是2.
2.隐性条件例3
已知椭圆中心是坐标原点,长轴在并轴
上,离心率e=雩,且点P(o,寻)到椭圆上的点的最
远距离是万,求这个椭圆方程.
解:设椭圆方程为:x+缶=1(口>b>o),因
口
D
为鱼a=严≠=厅7=号,所以口-26域
椭圆上的点肘(髫,y)至,1ke(o,i3)的距离为正则cf2=a;2+(y一下3)2:一3(y+了1)2+462+3,当y:
一丢时,(d2)一=462+3=7,6=l,所以,所求的
椭圆方程是等2+广=1.由争2+吾=l(口>6>。),
得一b≤Y≤6,d2是Y的二次函数,其对称轴为Y=一虿1,没有就对称轴在区间[一6,6]内或外进行分类讨论.
令八y)=一3(y+下1)2+462+3,当一6≤一寻,即6≥告,(∥)一=八一下1)=462+3:7,6:1,
所以,所求的椭圆方程是等+广=1.当一6>一号,
即6<告,(扩)一=八一6)=7,,与6<了1矛盾.
综上所述,所求的椭圆方程是等+y2=1.
评注:例2中其实利用等面积更简洁,由题意,
I
A口l_c,由&以口=r1
6=争・争,故口6=
万方数据
争2.虽然都得到同样的等式,但是,利用面积公式
减少了错误发生的可能.对基础较差的同学,可能计算直线方程就出错了,还要用到点到直线距离公式,就更增加了计算失误的可能.而利用面积公式,减少了中间环节,降低失误率.忽略例3中Y的范围是解题失误的陷阱之一.当我们将问题转化为函数求值域之后,一定要问问函数的三要素是什么,自然会进一步考虑定义域了.
注意三:△的作用
1.检验
例4
已知双曲线石2一:}=1,经过点肘(1,1)
能否作一条直线Z,使Z与双曲线交于A、B,且点M是
线段AB的中点.若存在这样的直线2,求出它的方程,若不存在,说明理由.
解:设存在被点肘平分的弦AB,且a(x。,Y。)、
.,2
B(x2,儿),则茗1+茗2=2,Yl+Yz=2,菇:一芸=1,
戈:2一下Y2=l,两式相减,得(石。+x2)(菇。一茹:)一丢(),。
+儿)(,,l一托):o,所以|j}仰:争_二粤:2,故直线
乃l一再2
ry—l=2(茗一1),
AB:Y‘1观@。1).由k车:l
ji|i去扎
I茗一。=-2
l
得2茗2—4茗+3=0.由△=(一4)2—4×2
X
3=一8
<0,这说明直线AB与双曲线不相交,故被点肘平
分的弦不存在,即不存在这样的直线Z.
2.求范围例5
已知椭圆的一个顶点A(O,一1),焦点在
茹轴上且右焦点到直线石一Y+24Y=0的距离为3,若Y轴上截距为b的直线z(斜率不为O)与该椭圆交
于不同两点M,Ⅳ.当lAMI=I
ANl时,试求b的取
值范围.
解:易得椭圆方程为等+y2=1.设肘(菇。,Y。),
N(x2,儿),MN的中点Q(xo,Yo).由题意,直线Z斜率不存在不合题意,设直线l:y=kx+6(k≠0),代入
等+y2=1得(3k2+1)菇2+6kbx+3b2—3=o,则
”铲一篇,所‰+儿=矗,所以Q(一羔,甄≠万).因为I
A肘I=IAⅣl,所以
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中学数学研究
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MN上AQ,所以2b=3k2+1,得b>-1又因为△>
0,即3|j}2+1一b2>0,所以2b—b2>0,得0<b<
2.综上所述÷<b<2.
评注:例4如果忽视判别式,将得出错误的结果,请务必小心.由此题可看到中点弦问题中判断点M的位置非常重.竞(1)若中点肘在圆锥曲线内,则被点M平分的弦一般存在;(2)若中点肘在圆锥曲线外,则被点肘平分的弦可能不存在.例5中利用26
=3k2+1得到b>i1,容易忽视联立方程消元之后
一元二次方程中△的作用是检验和求范围,应给予
重视
纪律一:回到定义例6
已知F,、F2是椭圆与+告=l的左右焦
点,点P是椭圆上(不含左、右顶点)任意一点,从E
于M,则点M的轨迹方程是——.
引/_F。PF2的外角平分线的垂线,交疋P的延长线
解:由题意可知l胛l兰I
PFl
I,所以I
PFlI
+I
P疋I=I肘疋I=2a,所以点M到点疋的距离为
定值2a.则点肘的轨迹是以疋为圆心,以2口为半径
的圆,轨迹方程为(茗一石2一b2)2+y2=4a2.(除
去(C一2a,0)和(a+c,0)点)
评注:遇到不会解的题时,先想想定义.当点在曲线上,要么利用几何定义,要么点的坐标满足方程利用定义解题往往可以简化运算,收到意想不到
的效果.
纪律二:设而不求例7
已知双曲线Cl:菇2一}=1.
(1)求与双曲线C。有相同的焦点,且过点P(4,
犯)的双曲线c2的标准方程;
(2)直线l:y=菇+m分别交双曲线c2的两条渐近线于A,B两点.当OA・OB=3时,求实数m.
解:易知C::7戈-一y2=1.对于第(2)题中直线Z与C,的两条渐近线有两交点,一般我们可以分别联
立Z方程和两渐近线方程,具体解出A和B的坐标,
进而求解m.其实,我们如果设A(菇,,Y,),8(x:,儿),
联立f等一广=o,消y得3茗:一2眦--in,2:0.可知
【_y:茁+m,
万方数据
茗1.菇:=一下mL,-61.一OB=石。・茗:+(一2x。)(2石2)=一
3xl・戈2=m2=3,m=±扛
评注:本题可以分别联立两方程,将A,B坐标具体解出.但将两直线用曲线方程整体表示给人耳目一新的感觉.
纪律三:消元适当
例8
已知抛物线y2=一4x与动直线Y=k(x
+2)交于A,曰两点,问:在菇轴上是否存在与k无关的定点肘,使得LAMB被z轴平分?若存在,求出点膨的坐标;若不存在,说明理由.
解:设a(xl,Y1),a(x2Y2),M(n,0).
联立
{歹!意2),消菇得妒+4y-8k-o,所龇+
Y2=一÷,Y。Y2=一8.假设存在这ft-的点M,则可知
后删=一后删,进一步有后删+后删=o,即i鬯i+
惫=o’龇=‰2如=等2化简得(,,,+
儿)(一鼍丝一口)=o,故口=2.故存在这样的定点
M(2,O).
评注:本题若消Y得k2x2+(4七2+4)x+4k2=o,利用Yt=k(x-+2),扎2
k(x:+2)消去Z芝i+
兰=0中的Yl,Y2,化简得
些堕掣号粤皇;止盟:0,解得口:(戈l一口)(戈2一o)
’一’。。u
2.比较两次消元的结果我们发现本题消・Y较消菇运
算来得简单.4'1用茗=乞代换戈・,X2也是常见的坐标
代换方法.除此之外,还可利用直线方程Y=kx+b进行坐标代换.
纪律四:整体消元例9
设双曲线C。的方程为与一告=1(口>
0,b>0),A,曰为其左右两个顶点,P是双曲线C1上不与A、B重合的任一点,引QB上PB,Qa上PA,AQ
与8Q相交于点Q,求点Q的轨迹方程.
解:设点P(xo,Yo),Q(x,),),由题意
f卷寺。。1’……乘得南2.J‰一口
石一口
…--。’赤一,
把上述两式相乘得矗.‰~
2014年第8期中学数学研究
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.了乞:l,又因为萼2一鲁:l,可得T壹1:1b2,
茗
一aaD
髫n—a
口
所以箬.手≮:l,即a2x2一b2y2:a4又戈≠
±a,所以所求轨迹方程是a2x2一b2严=a4(菇≠
±口、.
评注:若通过方程组具体求出‰,Yo代入Cl运
算量太大,求轨迹消去参变点往往采用整体代换简
化运算.
纪律五:几何关系1.三角形边长关系例10
已知抛物线Y=茗2,动弦A曰的长为2,
求AB中点纵坐标的最小值.
解:设A(xl,Y1),8(x2,Y2),AB中点M(xo,Yo),
抛物线焦点为F,准线l:y=一÷,A、B、肘在z上的投
影点分别为D、C、N,则2
IMNI=IADI+I
BCI,
I删I=号+%=了I+Yo,I
ADI+IBc
I.2(÷
+%),l
ADI=IAFI,lBCI=IBFI,I
AFl+
BFl=2(—}+Yo),A,4BF中,I
A,l+I
BFI≥
ABl=2,所以(I
AFl+I曰F
I)mi。=2,(Yo)mi。=
3
_.
2.点在曲线内
例1l
已知抛物线Y=菇2上存在两个不同的
点M,Ⅳ关于直线Y:一kx+i9对称,求k的范围.
解:设M(x。,Y1),N(x2,儿),MN的中点Q(x。,
%),由肘,Ⅳ在抛物线y:石:上,所以fyl2茗!’相减
ty2
2并;,
得鬟%%,所以}=2Xo,又%一kx。+
.},所以%:4.而点Q在抛物线内部,所以《<%,
得一2<石o<2.所以一4<÷<4,即k∈(一∞,
一下1)u(÷,+∞).
评注:解析几何去掉解析就是几何,本质还是几何问题.利用平面几何相关性质也可优化运算,或获得解题的思路.例5也是一个例子.
纪律六:巧设直线例12
圆C与Y轴相切于点T(0,2),与髫轴正
万方数据
半轴相交于两点肘,Ⅳ(点M在点Ⅳ的左侧)且
I肘ⅣI=3.
(1)求圆C的方程;
(2)过点肘任作一条直线与圆D:矿+y2=4相
交于A,B,连接AN,BN.求证:/ANM=£BNM.
解:易得圆C的方程:(茹一÷)2+(Y一2)2=竿,肘(1,o),N(4,o).当过点M直线斜率为0时,显
然有/_ANM=/_BNM.当该直线斜率不为0时,设其方程为石=my+1,a(xl,Y1),B(x2,Y5).联立
防≯≥孙2“)y2圯my一吣-+扎
2一而,y,儿2一丽
2m
3
要证/_ANM=/_BNM,即证.|}^Ⅳ+后丑Ⅳ=0.而.
‰‰=南+南=警蓦等等
=0.综上所述,/ANM=/_BNM.
评注:若设过点M的直线为Y=k(x一1)代入
菇2+y2=4得(1+k2)菇2—2k2x+k2—4=O,贝4菇l
+髫::7%,茗,茗::筝帚这里,我们看到无论是+髫2
2丽,茗l茗22
r■-.这里,裁们有到无论是
消元之后的方程还是韦达定理以及接下来的运算都较前者复杂,且还要对斜率存在与不存在进行讨论.
合理假设直线方程,尽可能减少运算步骤,简化运算数据,才能大大提高解题的正确率.
纪律七:坐标计算1.巧用相同结构例13
过抛物线y2
j
2x的顶点0作互相垂直
的二弦OA,OB,求AB中点的轨迹方程.
解:由题意可知直线OA,OB的斜率都存在,设
直线OA:,,=k,直线’OB:,,=一P1,设A(茗-,y。),
盹,儿),AB中点肘(茹,),)・联立【y,=:k2x石,。,,t=i2,
髫l=鲁所以Y2=一2k,石2=2k2.所以
佑
f一半“+古邓一如2.所以所【y=半=七一÷,
求轨迹方程是y2=并一2.
2.巧用韦达定理例14
设抛物线C:y=X2。F为焦点.Z为准线.
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准线Z与Y轴的交点为腻设肘是抛物线C上一点,已经知道方程中的一解,可以用两根和或积把另一根表示出来,优化运算.
纪律八:极端位置
例15
过抛物线y2=2px的焦点作两条相互
E(O,4),延长ME,MF分别交C于A,B.若A,B,H三
点共线,求点M坐标.
解:设M(xo,Yo),A(xl,Y1),8(x2,Y2).显然‰
≠0,且直线MA,MB的斜率都存在.设直线MA:),=
klx+4,代入C的方程得戈2一蠡1菇一4=0,所以XOXl
垂直的弦AB,cD,则r南T+厂高丌2——・
解:这是一个填空题,所以其值应是定值,所以我们采用极端情形解题.我们取弦AB垂直菇轴,另
=一4,即戈i=詈,故,,・=虿16同理,石:=碌-1所以
^0
^0
1—0
直线船的斜率‰=糕=鬟确%
=一瓦17,故直线AB的方程为,,一虿16=一互1髫7。(茹+
一弦cD可当作长度为无穷大的弦,.故r西丌2
0・
所以击+击=石1+0=零1
评注:解答选择或填空题可以使用极端位置,特殊化来求解,简化运算,大大提高解题效率.
解析几何问题涉及一个思想:坐标化的思想;两
砉).令上式中戈=o,y=一了1,整理得石。=±2,所以
掰(±2,4)..
评注:例13
ee并,l用Y=kx和Y=一}具有相
个方法:几何法和代数法.在目前的教学中,我们强调通性通法解题.但面对灵活多变的解析几何问题,一味蛮算,势必无功而返.如果我们平时加强积累,
适时总结,那么当面对新问题时,利用化归思想,转
同的结构,当求出A(x。,Y。),只需用一亡代入A(菇・,
Y。)中的后中去,即可得到B(x2,Y2)的坐标.例14中
变思路,势必能找到解决的方法.上述总结可能还不
很完善,权当抛砖引玉.
的菇,=兰是利用韦达定理求解的,也就是说,如果
^n
石日团品酮团团团田团圊品品品团品日日即团团品品品口品品团即日酣品品品品品丘日团口团团即日品圊田品丘日
例析运用定积分证明有关正整数的不等式
江西省鹰潭市第一中学
在高中数学教学中,介绍了一些求特殊数列前n项和的方法,但当遇到一些非特殊数列的前n项和
(335000)
黄鹤飞
格凸函数,且火石)>o,则主丛堡L鼍掣>
l八戈)也.
的时候,就往往不能用这些特殊的求和方法.而当某些数列的前凡项和不易求出时,可考虑用定积分的性质,通过其上下界来解决不等关系.
1.性质性质1
格凹函数,且八菇)>o,则主题盟_±掣<
性质4
.B+I
若连续函数以戈)在[0,+∞)上是严
若连续函数八髫)在[0,+∞)上是增
【以石)出.
2.例析例I
函数,且八石)>o,则上八石)dx<荟八后)<
ra+l
【以戈)如.
性质2
求证:∑佰<÷[(n+1)石五_『一1].
若连续函数八戈)在[0,+∞)上是减
2Jx
证明:设函数八戈)=扛(并>0),则f(x)=j二>0(x>0),函数火菇)=缸(石>0)为增函数,
函数,且以茗)>0,则(八茗)如<∑八_j})<J)以互)出・
性质3
由性质l可知,荟石<J:取2了2[(乃+1)・
若连续函数尺茗)在[0,+∞)上是严
石忑T—I].
万方数据