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一道課本例題的探究與應(yīng)用

2015-03-30 06:21:50張立政
關(guān)鍵詞:定值斜率橢圓

課本是重要的教學(xué)資源,例題是數(shù)學(xué)教材的重要組成部分,是教材的精華,頗受高考命題專家的青睞.數(shù)學(xué)教師應(yīng)充分對(duì)例題進(jìn)行探究,挖掘其應(yīng)用價(jià)值.著名數(shù)學(xué)家G·波利亞說(shuō):“一個(gè)專心的認(rèn)真?zhèn)湔n的教師能拿出一個(gè)有意義的但又不太復(fù)雜的題目,去幫助學(xué)生發(fā)掘問(wèn)題的各個(gè)方面,使其通過(guò)這道題,就好像通過(guò)一道門戶,把學(xué)生引入一個(gè)完整的理論領(lǐng)域.”下面通過(guò)一道課本例題的探究談一談如何“立足課本,對(duì)接高考”.

1 題目呈現(xiàn)

題目 (人教A版《數(shù)學(xué)〈選修2-1〉第41頁(yè)的例3)設(shè)點(diǎn)A,B的坐標(biāo)分別為(-5,0),(5,0),直線AM,BM相交于點(diǎn)M,且它們的斜率之積為-49,求點(diǎn)M的軌跡方程.

2 題目探究

探究1 設(shè)點(diǎn)A,B的坐標(biāo)分別為(-a,0),(a,0).直線AM,BM相交于點(diǎn)M,且它們的斜率之積為-b2a2,求點(diǎn)M的軌跡方程,點(diǎn)M的軌跡是什么?

結(jié)論1 與兩定點(diǎn)A(-a,0),B(a,0)連線的斜率之積等于定值-b2a2

的點(diǎn)M的軌跡方程是x2a2+y2b2=1(x≠±a).

情形1:當(dāng)a>b>0時(shí),點(diǎn)M的軌跡是以AB為長(zhǎng)軸的橢圓,除去A,B兩點(diǎn).

情形2:當(dāng)b>a>0時(shí),點(diǎn)M的軌跡是以AB為短軸的橢圓,除去A,B兩點(diǎn).

情形3:當(dāng)a=b>0時(shí),點(diǎn)M的軌跡是以AB為直徑的圓,除去A,B兩點(diǎn).

探究2 結(jié)論1的反面是什么?是否成立?

結(jié)論2 橢圓x2a2+y2b2=1上兩個(gè)頂點(diǎn)(-a,0),(a,0)與橢圓上除這兩個(gè)頂點(diǎn)外的任一點(diǎn)連線的斜率之積為定值-b2a2.

探究3 類比“圓中任一條直徑所對(duì)的圓周角是直角”,將結(jié)論2中的兩頂點(diǎn)換成經(jīng)過(guò)橢圓中心的任意一條弦的兩端點(diǎn),結(jié)論是什么?結(jié)論是否成立?

結(jié)論3 橢圓x2a2+y2b2=1上任意經(jīng)過(guò)中心的弦的兩個(gè)端點(diǎn)與橢圓上任一點(diǎn)(除這兩點(diǎn)外)連線斜率之積為定值-b2a2.

探究4 將“圓的垂徑定理:平分弦(不是直徑)的直徑垂直于弦”類比到橢圓中,結(jié)論是什么?結(jié)論是否成立?

結(jié)論4 過(guò)橢圓x2a2+y2b2=1的中心平分該橢圓弦的直線與弦所在的直線的斜率之積為定值-b2a2.

探究5 將“圓的切線定理:過(guò)切點(diǎn)的直徑垂直于過(guò)該切點(diǎn)的圓的切線”類比到橢圓中,結(jié)論是什么?結(jié)論是否成立?

結(jié)論5 過(guò)橢圓x2a2+y2b2=1上一點(diǎn)與中心連線的直線的斜率與橢圓在該點(diǎn)處切線的斜率之積為定值-b2a2.

當(dāng)然,可將以上橢圓中的結(jié)論類比到雙曲線中,探究其是否成立.(限于篇幅,留給讀者探究總結(jié))

3 對(duì)接高考

例1 (2013年高考全國(guó)大綱卷(理科)第8題)

橢圓C:x24+y23=1的左、右頂點(diǎn)分別為A1、A2,點(diǎn)P在C上,且直線PA2斜率的取值范圍是[-2,-1],那么直線PA1斜率的取值范圍是( ).

A.12,34 B.38,34

C.12,1 D.34,1

解析 由結(jié)論2得,kPA1·kPA2=-34,所以kPA1=-34kPA2(-2≤kPA2≤-1).因?yàn)閗PA1單調(diào)遞增,所以38≤kPA1≤34,故選B.

例2 (2013年高考全國(guó)新課標(biāo)Ⅰ卷(理科)第10題)已知橢圓E:x2a2+y2b2=1(a>b>0)的右焦點(diǎn)為F(3,0),過(guò)點(diǎn)F的直線交橢圓于A、B兩點(diǎn).若AB的中點(diǎn)坐標(biāo)為(1,-1)則E的方程為( ).

A.x245+y236=1 B.x236+y227=1

C.x227+y218=1 D.x218+y29=1

解析 由結(jié)論4得:-b2a2=-12,所以a2=2b2.又a2=b2+9,所以b2=9,a2=18,選D.

例3 (2013年高考全國(guó)新課標(biāo)卷Ⅱ(理科)第20題第⑴問(wèn))平面直角坐標(biāo)系xOy中,過(guò)橢圓M:x2a2+y2b2=1(a>b>0)右焦點(diǎn)的直線x+y-3=0交M于A,B兩點(diǎn),P為AB的中點(diǎn),且OP的斜率為12.求M的方程.

解析 由結(jié)論4得,-b2a2=12×(-1),所以a2=2b2.又直線x+y-3=0過(guò)焦點(diǎn)(c,0),所以c=3,即a2-b2=3,所以a2=6,b2=3,點(diǎn)M的軌跡方程為x26+y23=1.

例4 (2013年高考北京卷(理科)第19題第(2)問(wèn))已知A、B、C是橢圓W:x24+y2=1上的三個(gè)點(diǎn),O是坐標(biāo)原點(diǎn).當(dāng)點(diǎn)B不是W的頂點(diǎn)時(shí),判斷四邊形OABC是否可能為菱形,并說(shuō)明理由.

解析 四邊形OABC不可能為菱形.理由如下:

假設(shè)四邊形OABC為菱形,則對(duì)角線OB與AC互相垂直且平分于點(diǎn)M,于是kOB·kAC=-1.又由結(jié)論4知,kOM·kAC=-14.因?yàn)閗OM=kOB,所以kOB·kAC=-14.因?yàn)?14≠-1,所以假設(shè)不正確.所以當(dāng)點(diǎn)B不是W的頂點(diǎn)時(shí),四邊形OABC不可能為菱形.

例5 (2013年山東卷(理科)壓軸題)橢圓C:x2a2+y2b2=1(a>b>0)的左、右焦點(diǎn)分別是F1,F(xiàn)2,離心率為32,過(guò)F1且垂直于x軸的直線被橢圓C截得的線段長(zhǎng)為1.

(1)求橢圓C的方程;

(2)點(diǎn)P是橢圓C上除長(zhǎng)軸端點(diǎn)外的任一點(diǎn),連結(jié)PF1,PF2,設(shè)∠F1PF2

的角平分線PM交C的長(zhǎng)軸于點(diǎn)M(m,0),求m的取值范圍;

(3)在(2)的條件下,過(guò)點(diǎn)P作斜率為k的直線l,使得l與橢圓C有且只有一個(gè)公共點(diǎn),設(shè)直線PF1,PF2的斜率分別為k1,k2,若k≠0,試證明1kk1+1kk2為定值,并求出這個(gè)定值.

解析 (1)x24+y2=1(過(guò)程略).

(2)設(shè)P(x0,y0)(y0≠0).

當(dāng)x0=0時(shí),m=0.

當(dāng)x0≠0時(shí),由結(jié)論5知kOP·k切=-14,所以k切=-x04y0.

由橢圓光學(xué)性質(zhì)知kPM·k切=-1,所以kPM=4y0x0,所以∠F1PF2的角平分線PM的方程為y-y0=4y0x0(x-x0),令y=0得m=34x0(-2<x0<0或0<x0<2).綜合上述得-32<m<32.

(3)由題意,設(shè)P(x0,y0)(x0≠0,y0≠0).

由結(jié)論5知,kPM·k切=-14,所以k=k切=-x04y0,而k1=y0x0+3,k2=y0x0-3,所以1k1+1k2=2x0y0,所以1kk1+1kk2=-4y0x0·2x0y0=-8.

例6 (2013年高考山東卷(理科)壓軸題的一般化)橢圓C:x2a2+y2b2=1(a>b>0)的左、右焦點(diǎn)分別是F1,F(xiàn)2.

(1)點(diǎn)P是橢圓C上除長(zhǎng)軸端點(diǎn)外的任一點(diǎn),連結(jié)PF1,PF2,設(shè)∠F1PF2的角平分線PM交C的長(zhǎng)軸于點(diǎn)M(m,0),求m的取值范圍;

(2)在(1)的條件下,過(guò)點(diǎn)P作斜率為k的直線l,使得l與橢圓C有且只有一個(gè)公共點(diǎn),設(shè)直線PF1,PF2的斜率分別為k1,k2,若k≠0,試證明1kk1+1kk2為定值,并求出這個(gè)定值.

解析 (1)由題意,設(shè)P(x0,y0)(y0≠0).

當(dāng)x0=0時(shí),m=0.

當(dāng)x0≠0時(shí),由結(jié)論5知kOP·k切=-b2a2,所以k切=-b2x0a2y0.

由橢圓光學(xué)性質(zhì)知,kPM·k切=-1,所以kPM=a2y0b2x0,所以∠F1PF2的角平分線PM的方程為y-y0=a2y0b2x0(x-x0).

令y=0得m=x0-b2a2x0=a2-b2a2x0(-a<x0<0或0<x0<a),

綜合上述得-a2-b2a2<m<a2-b2a2.

(2)由題意,設(shè)P(x0,y0)(x0≠0,y0≠0).

由結(jié)論5知,kOP·k切=-b2a2,k=k切=-b2x0a2y0,而k1=y0x0+c,k2=y0x0-c,所以1k1+1k2=x0+cy0+x0-cy0=2x0y0,所以1kk1+1kk2=-a2y0b2x0·2x0y0=-2a2b2.

4 教學(xué)啟示

4.1 注重對(duì)課本例題教學(xué)價(jià)值的挖掘.

課本例題具有示范性,通過(guò)例題教學(xué),幫助學(xué)生深究教材例習(xí)題,挖掘其潛在功能,發(fā)揮其使用價(jià)值,對(duì)激發(fā)學(xué)生的探索興趣,培養(yǎng)學(xué)生的解題能力,發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)造性思維,都具有積極的作用.

42 立足教材,高效備考.

新課程提倡教師在教學(xué)中對(duì)課程資源進(jìn)行開(kāi)發(fā)和利用,教材是教師進(jìn)行教學(xué)的主要資源,是學(xué)生能力的生長(zhǎng)點(diǎn),是高考命題的主要依據(jù).立足教材,開(kāi)發(fā)教材,做透教材中的典型例題和習(xí)題,善于在高考題中尋找教材題目的原型,探索高考試題與教材題目的結(jié)合點(diǎn),打通教材與高考的通道,對(duì)接高考,才能最終實(shí)現(xiàn)在高考復(fù)習(xí)中跳出題海,高效備考.

作者簡(jiǎn)介 張立政,男,1964年生,山西孝義人,山西省中學(xué)數(shù)學(xué)特級(jí)教師,主要從事中學(xué)數(shù)學(xué)教育與教學(xué)研究.

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