摘 要:新課程標(biāo)準(zhǔn)指出:高中數(shù)學(xué)教學(xué)以發(fā)展學(xué)生數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)為導(dǎo)向,創(chuàng)設(shè)合適的教學(xué)情境,啟發(fā)學(xué)生思考,引導(dǎo)學(xué)生把握數(shù)學(xué)內(nèi)容的本質(zhì)。高考作為高中教學(xué)效果的重要檢驗(yàn)方式,隨著教育改革深入,經(jīng)歷了從知識(shí)立意、能力立意到素養(yǎng)立意的發(fā)展過程。高考數(shù)學(xué)試卷知識(shí)量大,對(duì)學(xué)生的思維能力,運(yùn)算能力都有較高的要求,學(xué)生普遍反映解題時(shí)間緊張。因此教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)已學(xué),進(jìn)一步探究數(shù)學(xué)內(nèi)容的本質(zhì)以形成結(jié)論并應(yīng)用于解題,幫助學(xué)生簡化思維過程,減少運(yùn)算步驟,提高解題的時(shí)效性。能否探索結(jié)論并應(yīng)用于簡化解題,本質(zhì)上也反映了學(xué)生思維能力的差異,近年高考試題命制也常有這方面的體現(xiàn)。本文就以圓錐曲線這部分為例,談?wù)劤S媒Y(jié)論在高考解題中的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞:高考解題;結(jié)論應(yīng)用;圓錐曲線
在新課標(biāo)全國Ⅰ卷中解析幾何(不含選做)部分的考察結(jié)構(gòu)基本穩(wěn)定,都是一道解答題加兩道選填題。解答題以橢圓或拋物線為主體,選填題基本是另兩種曲線的考查,一般一題較易,另一題則會(huì)對(duì)考生能力有明顯區(qū)分。在選填題部分,橢圓、雙曲線的離心率問題、雙曲線的漸近線問題及拋物線的焦半徑問題是考查的重點(diǎn)。
圓錐曲線深入探究,可形成非常多的結(jié)論,而高考在橢圓與雙曲線選填題的命制中,以下結(jié)論的應(yīng)用尤其常見。教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生加以拓展探究,并強(qiáng)化結(jié)論用于解題的訓(xùn)練,提高解題的速度及正確率。
設(shè)橢圓方程為:x2a2+y2b2=1(a>b>0),雙曲線方程為:x2a2-y2b2=1(a>0,b>0)。
設(shè)F1、F2為橢圓(雙曲線)兩個(gè)焦點(diǎn),P是橢圓(雙曲線)上一點(diǎn),記θ=∠F1PF2。
結(jié)論1:雙曲線焦點(diǎn)到漸近線的距離=虛半軸長b。
結(jié)論2:①橢圓:e=ca=1-b2a2∈(0,1),②雙曲線:e=ca=1+b2a2∈(1,+∞)。
結(jié)論3:①橢圓:焦半徑最小值為a-c,最大值為a+c;
②雙曲線:同側(cè)焦半徑最小值為c-a,異側(cè)焦半徑最小值為c+a。
結(jié)論4:①橢圓焦點(diǎn)弦中以通徑最短;②兩端點(diǎn)在同一支的雙曲線焦點(diǎn)弦中以通徑最短。
通徑長均為2b2a。
結(jié)論5:橢圓中①cosθ≥1-2e2,當(dāng)且僅當(dāng)P為短軸端點(diǎn)時(shí)取“=”,此時(shí)θ最大。
②設(shè)A、B是橢圓長軸兩端點(diǎn),當(dāng)且僅當(dāng)P為短軸端點(diǎn)時(shí),∠APB最大。
結(jié)論6:①橢圓:SΔPF1F2=12|PF1|·|PF2|sinθ=b2tanθ2≤bc,當(dāng)且僅當(dāng)P為短軸端點(diǎn)時(shí)取“=”。
②雙曲線:SΔPF1F2=12|PF1|·|PF2|sinθ=b2cotθ2。
結(jié)論7:設(shè)AB為橢圓(雙曲線)的一條弦,弦中點(diǎn)M(x0,y0),當(dāng)AB不垂直于對(duì)稱軸時(shí),則有:
①橢圓:kAB·kOM=-b2a2;②雙曲線:kAB·kOM=b2a2。
結(jié)論8:若A、B是橢圓上關(guān)于原點(diǎn)對(duì)稱的兩點(diǎn),M是橢圓上異于A、B的一點(diǎn),設(shè)MA、MB的斜率分別為k1、k2,則有:①橢圓:k1k2=-b2a2;②雙曲線:k1k2=b2a2。
注:當(dāng)橢圓與雙曲線的焦點(diǎn)在y軸時(shí),結(jié)論需相應(yīng)改變。
下面給出以上結(jié)論的應(yīng)用以供參考:
例1:(2014全國Ⅰ理4)設(shè)F是雙曲線C:x2-my2=3m(m>0)的一個(gè)焦點(diǎn),則F到C的一條漸近線的距離為
簡析:由結(jié)論1,可得焦點(diǎn)到準(zhǔn)線距離等于b=3。
例2:已知橢圓的兩個(gè)焦點(diǎn)分別為F1、F2,若橢圓C上存在點(diǎn)P,使得線段PF1的中垂線恰好經(jīng)過焦點(diǎn)F2,則橢圓C的離心率的取值范圍是
簡析:PF2=F1F2=2c。由結(jié)論3①,PF2=2c∈a-c,a+c故e=ca∈[13,1]。
例3:已知橢圓x24+y2b2=1(0
簡析:由AF2+BF2+AB=4a=8及(AF2+BF2)max=5,可得ABmin=3,
由結(jié)論4①可得ABmin=2b2a=b2=3 b=3。
例4:(2017年全國1文12)設(shè)A、B是橢圓C:x23+y2m=1長軸兩端點(diǎn)。若C上存在點(diǎn)M滿足∠AMB=120°,則實(shí)數(shù)m的取值范圍為( )
A. (0,1]∪[9,+∞)
B. (0,3]∪[9,+∞)
C. (0,1]∪[4,+∞)
D. (0,3]∪[4,+∞)
簡析:選A。由結(jié)論5②,知當(dāng)M為短軸端點(diǎn)時(shí),AMB最大,此時(shí)∠AMB≥120°,
故∠OMB≥60°,tan∠OMB=ab≥3,∴a2≥3b2。
當(dāng)0
例5:(2018泉州質(zhì)檢理)已知點(diǎn)P是雙曲線x2a2-y2b2=1(a>0,b>0)與圓x2+y2=a2+b2的一個(gè)交點(diǎn),若點(diǎn)P到x軸的距離為a,則雙曲線的離心率為
簡析:不妨設(shè)點(diǎn)P在第一象限,由c2=a2+b2得圓半徑為c,由已知可得P(b,a)。
設(shè)雙曲線兩焦點(diǎn)為F1、F2,則SΔPF1F2=ac。由結(jié)論6②得SΔPF1F2=b2cot45°=b2 b2=ac,即,c2-a2=ac,又e=ca>1,∴e=1+52。
例6:(2014江西)過點(diǎn)M(1,1)作斜率為-12的直線與橢圓C:x2a2+y2b2=1(a>b>0)相交于A、B兩點(diǎn),若M是線段AB的中點(diǎn),則橢圓C的離心率等于
簡析:由結(jié)論7①得:kOMkAB=-b2a2=-12,由結(jié)論2①得:e2=1-b2a2=12,e=22。
例7:(2016龍巖質(zhì)檢)設(shè)A、B是雙曲線x2a2-y2b2=1(a>0,b>0)的左、右頂點(diǎn),P是雙曲線右支上位于第一象限的動(dòng)點(diǎn),設(shè)PA、PB的斜率分別為k1、k2,則k1+k2的取值范圍為
簡析:由結(jié)論8②得k1k2=b2a2,且k1>0,k2>0,k1≠k2,則k1+k2>2k1k2=2ba。
高考對(duì)拋物線的考查基本會(huì)涉及拋物線的焦半徑或焦點(diǎn)弦長問題,若能應(yīng)用相關(guān)結(jié)論,可實(shí)現(xiàn)快速解題。以下為拋物線中常用的結(jié)論:
以拋物線C:y2=2px(p>0)為例,注意:拋物線開口方向不同,結(jié)論需相應(yīng)改變。
設(shè)F是C的焦點(diǎn),A、B是C上兩點(diǎn),設(shè)直線AB的傾斜角為α,A(x1y1)、B(x2,y2)。
結(jié)論1:當(dāng)直線AB過焦點(diǎn)時(shí),有:
①AF=x1+p2,|AB|=x1+x2+p。
②設(shè)點(diǎn)A在x軸上方,則|AF|=p1-cosα,|BF|=p1+cosα。
③|AB|=2psin2α≥2p,當(dāng)且僅當(dāng)AB垂直于對(duì)稱軸即AB為通徑時(shí)取“=”。
④SΔAOB=p22sinα。
⑤x1·x2=p24;y1·y2=-p2。
⑥以AB為直徑的圓與準(zhǔn)線相切;
⑦以AF或BF為直徑的圓與y軸相切。
結(jié)論2:設(shè)AB中點(diǎn)M(x0,y0),當(dāng)AB不垂直于x軸時(shí),kAB=py0。
下面給出以上部分結(jié)論的應(yīng)用舉例以供參考:
例1:(2014年新課標(biāo)1理10)已知拋物線C:y2=8x的焦點(diǎn)為F,準(zhǔn)線為l,P是l上一點(diǎn),Q是直線PF與C的一個(gè)交點(diǎn),若FP=4FQ,則QF=( )。
A. 72
B. 3
C. 52
D. 2
簡析:不妨設(shè)點(diǎn)P在x軸下方,則由FP=4FQ,得點(diǎn)Q在線段FQ上,PQ=3QF。
過點(diǎn)Q作QH垂直l,垂足為H,則QH=QF。設(shè)直線PF的傾斜角為α,
則直角△PHQ中,cosα=cos∠HQP=13。由結(jié)論1②得QF=41+cosα=3。
例2:(2017全國Ⅰ理10)已知F為拋物線C:y2=4x的焦點(diǎn),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(diǎn),直線l2與C交于D、E兩點(diǎn),則|AB|+|DE|的最小值為( )
A. 16 B. 14 C. 12 D. 10
簡析:選A。設(shè)直線l1、l2傾斜角分別為α、α+π2,由結(jié)論1③得AB+DE=4sin2α+4sin2(α+π2)=4sin2αcos2α=16sin22α≥16。
例3:(2014全國Ⅱ理10改編)設(shè)F為拋物線C:y2=6x的焦點(diǎn),過F且傾斜角為30°的直線交C于A、B兩點(diǎn),O為坐標(biāo)原點(diǎn),則ΔOAB的面積為
簡析:由結(jié)論1④,可得△OAB的面積為322sin30°=9。
例4:(2018年全國Ⅲ理16)已知點(diǎn)M(-1,1)和拋物線C:y2=4x,過C的焦點(diǎn)且斜率為k的直線與C交于A、B兩點(diǎn)。若∠AMB=90°,則k=
簡析:設(shè)AB中點(diǎn)N(x0,y0),點(diǎn)M在以AB為直徑的圓N上。由結(jié)論1⑥得:
圓N與l切于點(diǎn)M,則MN∥x軸,∴y0=1。由結(jié)論2,得k=py0=21=2。
全國新課標(biāo)Ⅰ卷突出對(duì)通性通法的考查,但試題命制卻也注重能夠多視角、多維度、多層次地考查學(xué)生的數(shù)學(xué)思維品質(zhì),考查學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)本質(zhì)的理解及學(xué)生的數(shù)學(xué)素養(yǎng)和學(xué)習(xí)潛能。而善于總結(jié)結(jié)論,并應(yīng)用于簡化解題,這就是學(xué)生數(shù)學(xué)素養(yǎng)和學(xué)習(xí)潛力的一種反映。教師在教學(xué)中應(yīng)注意引領(lǐng)學(xué)生對(duì)各知識(shí)板塊進(jìn)行力所能及的探究,并應(yīng)用結(jié)論幫助解題。這既可以激發(fā)學(xué)生解題興趣,又能開拓學(xué)生思維,提升學(xué)生數(shù)學(xué)能力。
作者簡介:
曾雪英,福建省泉州市,福建省泉州第一中學(xué)。