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高考解析幾何易錯點“百度搜索”

2022-06-30 21:18邵敏亞
廣東教育·高中 2022年6期
關(guān)鍵詞:傾斜角所求易錯

邵敏亞

俗話說:人非圣賢,孰能無過;明槍易躲,暗箭難防. 解析幾何中,不乏許多恰似“暗箭”的易錯點. 為了讓考生在高考答題時防患于未然,下面對高考解析幾何易錯題進行“百度搜索”,旨在幫助大家認清這些易錯點的“真面目”.

易錯點1:忽視直線傾斜角的取值范圍

【例1】經(jīng)過點(-2,1),傾斜角是直線4x-3y+1=0的傾斜角一半的直線的方程是________.

錯解:設所求直線的傾斜角為?琢,則直線4x-3y+1=0的傾斜角為2?琢.

于是,tan2?琢=,即=,∴tan?琢=-2或tan?琢=.

故所求直線的方程為2x+y+3=0或x-2y-4=0.

剖析:錯解中只注意了直線傾斜角的關(guān)系,而忽視了直線傾斜角的范圍,從而導致增解.

正解:設所求直線的傾斜角為?琢,則tan2?琢=,即=,

∴tan?琢=-2或tan?琢=.

又∵2?琢是直線4x-3y+1=0的傾斜角,∴0<2?琢<,0<?琢<,故tan?琢=.

因此,所求直線的方程為x-2y-4=0.

【友情提醒】在求直線傾斜角的過程中,如果遇到一些不確定的變量(如斜率、字母、角度等)時,要根據(jù)傾斜角的范圍進行合理的分類,確定出相應的傾斜角.

易錯點2:寫直線的截距式方程忽略截距為零的情形

【例2】求經(jīng)過兩直線7x+8y-38=0和3x-2y=0的交點且在兩坐標軸上截距相等的直線方程.

錯解:由7x+8y-38=0,3x-2y=0,得交點為(2,3),

因為所求直線在兩坐標軸上截距相等,故它的方程可設為+=1,

又此直線經(jīng)過交點(2,3), 所以有+=5,∴a=5,

故所求直線方程為x+y-5=0 .

剖析:直線的截距方程+=1只適用與截距不為0的情形. 因而上述解法忽略了截距為0的情形,解法不完整.

正解:(1)當直線過原點時,設方程為y=kx,

∵ 直線過(2,3)點,∴3=2k,k=. 此時方程為3x-2y=0.

(2)當直線在兩坐標軸上的截距相等且不為0時,解法同上,故所求方程為x+y-5=0.

綜上,所求方程為3x-2y=0或x+y-5=0.

【友情提醒】假設過定點P(x0,y0)的直線方程為截距式,即+=1,那么解答時一定要注意a與b為零的特殊情況.

易錯點3:忽視直線斜率不存在的特殊情形

【例3】過點P(2,-1)且與點A(-3,-1)和點B(7,-3)距離相等的直線方程是_________.

錯解:設所求直線為y+1=k(x-2),即kx-y-2k-1=0,

又點A(-3,-1)點B(7,-3)到此直線距離相等,

所以由點到直線距離公式得=.

即5k=5k+2,由此解得k=-.

所以所求方程為-x-y+-1=0,即x+5y+3=0.

剖析:上述錯解中的直線方程是用點斜式設的,默認了直線斜率一定存在. 事實上,當斜率不存在時,過點P(2,-1)的直線x=2也滿足題意.

正解:當所求直線過點P(2,-1),且斜率不存在時,方程為x=2,點A(-3,-1)和點B(7,-3)到這條直線的距離都是5,因而x=2滿足題意.

當所求直線過點P(2,-1),且斜率存在時,解法同上.

所以所求的直線方程是x+5y+3=0和x=2.

【友情提醒】假設過定點P(x0,y0)的直線方程為點斜式,即y-y0=k(x-x0),那么,解答時一定要注意斜率不存在的特殊情況.

易錯點4:忽視圓方程半徑的必要條件

【例4】若過點A(4,2)可以作兩條直線與圓C ∶ (x-3m)2+(y-4m)2=25(m+4)2相切,則點A在圓C的________(填“外部”“內(nèi)部”“上面”),實數(shù)m的取值范圍是________.

錯解:因為過點A與圓有兩條切線,可見點A必在圓的外部.

因為點A在圓的外部,則有(4-3m)2+(2-4m)2>25(m+4)2,因此有240m<-380,解得m<-.

故填:外部,m<-.

剖析:上述錯解忽視了圓方程的半徑一定要大于0這個前提.應注意條件25(m+4)2>0.

正解:因為過點A與圓有兩條切線,可見點A必在圓的外部.

因為點A在圓的外部,則有(4-3m)2+(2-4m)2>25(m+4)2,因此有240m<-380,解得m<-. 又因為半徑必須大于0,故25(m+4)2>0,即m≠-4,因此m的取值范圍是m<-且m≠-4.

故填:外部,m<-且m≠-4.

【友情提醒】二元二次方程表示圓是有條件的,必須有D2+E2-4F >0. 在解決此類問題時,可以直接判斷D2+E2-4F >0,也可以配方后,判斷方程右側(cè)大于0,因為右側(cè)相當于r2. 對于曲線方程中含有參數(shù)的,都要考慮參數(shù)的條件.

易錯點5:忽視軌跡的完備性

【例5】△ABC的三邊a、b、c(a>b>c)成等差數(shù)列,A、C兩點的坐標分別是(-1,0)、(1,0),求頂點B的軌跡方程.

錯解:設點B的坐標為(x,y).

∵a、b、c成等差數(shù)列,∴a+c=2b,即BC+BA=2AC,∴BC+BA=4.

根據(jù)橢圓的定義易知,點B的軌跡方程為+=1.

剖析:錯誤的原因是忽略了題設中的條件a>b>c,使變量x的范圍擴大,從而導致錯誤. 另外一處錯誤是當點B在x軸上時,A、B、C三點不能構(gòu)成三角形.

正解:(同錯解)又∵a>c,即>,解得x<0.

又點C不在x軸上,∴ x≠-2.

故所求的軌跡方程為+=1(-2

【友情提示】求軌跡方程時,一定要注意求得的方程所表示的曲線上的點是否都滿足題意,以確保軌跡的完備性.

易錯點6:忽視圓錐曲線標準方程的種類

【例6】已知橢圓的中心在原點,對稱軸是坐標軸,離心率e=,且過點P(2,3),求此橢圓的標準方程.

錯解:設橢圓的標準方程為+=1(a>b>0),

由題意知=,+=1,a2=b2+c2,解得b2=10,a2=40.

所以所求橢圓的標準方程為+=1.

剖析:上述解法沒有討論焦點的位置,而默認了橢圓的焦點在x軸上.

正解:當焦點在x軸上時,解法同上,所求橢圓的標準方程為+=1.

當焦點在y軸上時,設橢圓方程為 +=1=1(a>b>0),由題意,得=,+=1,c2=a2-b2,

解得b2=,a2=25. 故所求橢圓的標準方程為+=1.

綜上,所求橢圓的標準方程為+=1或+=1.

【友情提醒】無論是橢圓方程,還是雙曲線方程或拋物線方程,它們的標準方程都不止一個,求圓錐曲線方程時必須關(guān)注焦點的位置是否確定,謹防“漏解”.

易錯點7:忽略圓錐曲線方程中x,y的取值范圍

【例7】設橢圓的中心是坐標原點,長軸x在軸上,離心率e=,已知點P(0,)到這個橢圓上的最遠距離是,求這個橢圓的方程.

錯解:依題意可設橢圓方程為+=1(a>b>0),

則e2===1-=,所以=,即a=2b.

設橢圓上的點(x,y)到點P的距離為d,

則d2=x2+(y-)2=a2(1-)+y2-3y+=-3(y+)2+4b2+3

所以當y=-時,d2有最大值,從而d也有最大值.

所以4b2+3=()2,故b2=1. 又a=2b,所以a2=4.

于是,所求橢圓的方程為+y2=1.

剖析:盡管上面解法得到的結(jié)論是正確的,但解答過程不正確. 錯解中,當y=-時,d2有最大值,這步推理是錯誤的,它沒有考慮y的取值范圍. 事實上,由于點(x,y)在橢圓上,故有-b≤y≤b,因此在求d2的最大值時,應分類討論.

正解:若b<,則當y=-b時,d2(從而d)有最大值.

于是()2=(b+)2,從而解得b=->,b<矛盾.

所以必有b≥,此時當時y=-,d2(從而d)有最大值,

所以4b2+3=()2,解得b2=1,a2=4.? 于是,所求橢圓的方程為+y2=1.

【友情提醒】在橢圓+=1(a>b>0)中,x∈[-a,a],y∈[-b,b];在雙曲線-=1(a>0,b>0)中,x∈(-∞,-a]∪[a,+∞),y∈(-∞,+∞). 利用函數(shù)思想求與圓錐曲線的最值或取值范圍問題時,常常要用到圓錐曲線方程中x,y的取值范圍.

易錯點8:缺乏分類意識

【例8】已知橢圓+=1的離心率e=,求m的值.

錯解:由已知得,a2=5,b2=m,∴ c2=5-m.

∴=e2,即=()2. 解之得m=3.

剖析:題設中m與5的大小關(guān)系不能確定,本題上述解法中只求了m<5的情況.

正解:當m<5時,a2=5,b2=m,∴ c2=5-m.

由已知得:=()2. 解之得m=3.

當m>5時,a2=5,b2=m,∴ c2=m-5.

由已知得=()2. 解之得m=.

故m=3或m=.

【友情提醒】遇到參數(shù)問題,首先要想到是否需要分類討論.當圓錐曲線的離心率已知時,需注意它的焦點位置是否確定,從而判定求標準方程中的參數(shù)的值是否需要分類討論.

易錯點9:忽視方程中字母的正負

【例9】已知雙曲線8kx2-ky2=8的一個焦點為(0,3),求k的值.

錯解:將雙曲線方程化為標準方程-=1.

因為焦點在y軸上,所以a2=,b2=,

所以c===3,即=9,所以k=.

剖析:上述錯解有兩處錯誤:一是a2與b2確定錯誤; 二是a、b、c的關(guān)系式用錯了. 在雙曲線中應為c2=a2+b2.

正解:因為一個焦點是(0,3),所以焦點在y軸上,雙曲線方程可化為標準方程-=1.

所以c=3,a2=-,b2=-,所以a2+b2=--=-=c2=9. 故k=-1.

【友情提醒】對于圓錐曲線而言,一旦焦點位置確定在哪根坐標軸上,它的標準方程的類型已經(jīng)確定,由此可以確定方程中字母的正負.

易錯點9:盲目運用圓錐曲線定義

【例9】一動點P到y(tǒng)軸的距離比到點A(2,0)的距離小2,求動點P的軌跡方程.

錯解:∵動點P到y(tǒng)軸的距離比到點A(2,0)的距離小2,

∴P到A(2,0)的距離等于P到直線x=-2的距離.

由拋物線定義得點P的軌跡是以直線x=-2為準線、以A(2,0)為焦點的拋物線,

動點P的軌跡方程是y2=8x.

剖析:上述解法只考慮了點P不在y軸左側(cè)的情況. 當點P在y軸左側(cè)時,點P到點A(2,0)的距離不可能等于點P到直線x=-2的距離,故此時點P的軌跡不是拋物線,應是x軸負半軸.

正解:設動點P(x,y),根據(jù)條件列等式:=x+2,

化簡得y2=8x(x≥0)或y=0(x<0).

所以 動點P的軌跡方程是y2=8x(x≥0)或y=0(x<0).

【友情提醒】解與本題類似的軌跡方程問題,應該先根據(jù)圖形判斷有幾種情況,免得漏解. 也可直接,化簡即可.在解析幾何中,各元素間位置的多樣性,往往被我們忽視,我們應“多個心眼”.

易錯點10:忽視圓錐曲線離心率固有的取值范圍

【例10】已知雙曲線-=1(a>0,b>0)中,A1,A2為左、右頂點,F(xiàn)為右焦點,B為虛軸的上端點,若在線段BF上(不含端點)存在不同的兩點Pi(i=1,2),使得△Pi A1A2(i=1,2)構(gòu)成以A1A2為斜邊的直角三角形,則雙曲線離心率e的取值范圍為__________.

錯解:由題意知F(c,0),B(0,b),則直線BF的方程為bx+cy-bc=0.

因為在線段BF上(不含端點)存在不同的兩點Pi(i=1,2),使得 △Pi A1A2(i=1,2)構(gòu)成以線段A1A2為斜邊的直角三角形,所以以A1A2為直徑的圓與線段BF相交,

所以

故e的取值范圍為(,).

剖析:本題出現(xiàn)兩個錯誤,一是雙曲線的離心率e>1這個條件被忽視,二是點B,F(xiàn)在以A1A2為直徑的圓的外面這個隱含條件被忽視.

正解:(同錯解)因為e>1,所以1

由于P1,P2在線段BF上(不含端點),故點B在圓外,即b>a,故a2.

綜上知,e∈(,).

【友情提醒】求圓錐曲線的離心率的取值范圍時一定要注意:橢圓的離心率e∈(0,1),雙曲線的離心率e∈(1,+∞).

易錯點11:把直線與圓錐曲線“有一個交點”同“相切”混淆

【例11】求過點M(0,1)且和拋物線C ∶ y2=4x僅有一個公共點的直線方程.

錯解:設所求直線方程是y=kx+1.

由y=kx+1,y2=4x,消去y,得k2x2+2(k-2)x+1=0.

∵拋物線與所求的直線只有一個公共點,

∴?駐=4(k-2)2-4k2=0,解得k=1.

故所求的直線方程為y=x+1.

剖析:由于過點M(0,1)的直線l的斜率可能存在,也可能不存在,同時拋物線與其對稱軸平行的直線與拋物線恒有一個交點的特性,從而漏了兩個解.

正解:(1)當直線l的斜率不存在時,其方程為x=0,顯然與拋物線C僅有一個公共點.

(2)當直線l的斜率為零,其方程為y=1,顯然與拋物線C僅有一個公共點.

(3)當直線l的斜率為k(k≠0),設所求直線方程是y=kx+1.

由y=kx+1,y2=4x,消去y,得k2x2+2(k-2)x+1=0,

∵拋物線與所求的直線只有一個公共點,

∴?駐=4(k-2)2-4k2=0,解得k=1. 故所求的直線方程為y=x+1.

綜上可知,所求的直線方程為x=0,y=1,y=x+1.

【友情提醒】與圓錐曲線只有一個公共點的直線不一定是圓錐曲線的切線. 謹記:與雙曲線的漸近線平行的直線與雙曲線只有一個交點;與拋物線的對稱軸平行的直線與拋物線只有一個交點.

易錯點12:缺乏檢驗意識

【例12】已知雙曲線x2-=1,問過點A(1,1)能否作直線l,使l與雙曲線交于P、Q兩點,并且A為線段PQ的中點?若存在,求出直線l的方程,若不存在,說明理由.

錯解:設符合題意的直線l存在,并設P(x1,y1),P(x2,y2)

則x12-=1……(1)x22-=1……(2)

(1)-(2),得(x1-x2)(x1+x2)=(y1-y2)(y1+y2)……(3)

因為A(1,1)為線段PQ的中點,所以x1+x2=2……(4)y1+y2=2……(5)

將(4)(5)代入(3)得x1-x2=(y1-y2).

顯然x1≠x2,則直線l的斜率k==2,所以符合題設條件的直線l存在,其方程為2x-y-1=0.

剖析:在(3)式成立的前提下,由(4)(5)兩式可推出(6)式,但由(6)式不能推出(4) (5)兩式,故應對所求直線進行檢驗,上述錯解沒有做到這一點,故是錯誤的.

正解:在上述解題的基礎上,再由y=2x-1,x2-=1,得2x2-4x+3=0.

根據(jù)?駐=-8<0,從而知所求直線不存在.

【友情提醒】用點差法求直線方程時,只是承認了直線與曲線相交,而事實上,存在不相交的可能,所以在求出直線方程后,應利用判別式判斷直線與曲線是否相交. 當然,就本題來講,也可以不用點差法求解.直接設直線的方程,利用待定系數(shù)法求解. 遇見直接用直線與曲線方程聯(lián)立解方程組的問題,就比較容易聯(lián)想用判別式求解.

易錯點13:設直線的點斜式或斜截式方程忽略判斷斜率是否存在

【例13】已知橢圓的方程為+=1(a>b>0),離心率e=,F(xiàn)1,F(xiàn)2分別是橢圓的左、右焦點,過橢圓的左焦點F1且垂直于長軸的直線交橢圓于M、N兩點,且MN=.

(1)求橢圓的方程;

(2)已知直線l與橢圓相交于P、Q兩點,O為原點,且OP⊥OQ. 試探究點O到直線l的距離是否為定值?若是,求出這個定值;若不是,請說明理由.

錯解:(1)由題意得e==……①

又因為過橢圓的左焦點F1且垂直于長軸的直線交橢圓于M、N兩點,且MN=,

即=……②

由①②得a=,b=1,c=1所以橢圓方程為:+y2=1.

(2)設直線l方程為y=kx+m,點P(x1,y1),Q(x2,y2).

由+y2=1,y=kx+m?圯(2k2+1)x2+4kmx+2m2-2=0.

所以?駐=8(2k2+1-m2)>0,由韋達定理得:x1+x2=,x1x2=.

因此,y1y2=(kx1+m)(kx2+m)=.

因為OP⊥OQ,所以x1x2+y1y2=0?圯=0?圯m2=.

此時?駐=>0滿足條件,設原點到直線的距離為d,

則d===,是定值.

剖析:上述錯解(2)中,忽視了直線的l斜率不存在的情形.

正解:(1)同錯解.

(2)①當直線斜率存在時,設直線方程為y=kx+m,點P(x1,y1),Q(x2,y2).

由+y2=1,y=kx+m?圯(2k2+1)x2+4kmx+2m2-2=0.

所以?駐=8(2k2+1-m2)>0,由韋達定理得:x1+x2=,x1x2=.

因此,y1y2=(kx1+m)(kx2+m)=.

因為OP⊥OQ,所以x1x2+y1y2=0?圯=0?圯m2=.

此時,?駐=>0滿足條件,設原點到直線的距離為d,則d===.

②當直線的斜率不存在時,因為OP⊥OQ,根據(jù)圓的對稱性,設直線OP,OQ的方程為y=x,y=-x可得P(,),Q(,-)或P(-,-),Q(-,).

此時原點到直線的距離仍為.

綜上可得,原點到直線的距離為,是定值.

【友情提醒】設直線的點斜式方程或斜截式方程要先判斷斜率是否存在,若有可能不存在,要分類討論,否則會犯“對而不全”的錯誤,從而導致失分.

易錯點14:盲目應用判別式

【例14】若圓(x-a)2+y2=4與拋物線y2=6x沒有公共點,求實數(shù)a的取值范圍.

錯解:因為圓(x-a)2+y2=4與拋物線y2=6x沒有公共點

所以方程組(x-a)2+y2=4,y2=6x,消去y2,得方程x2+(6-2a)x+a2-4=0無解.

所以由判別式?駐=(6-2a)2-4(a2-4)<0得實數(shù)a的取值范圍是(,+∞).

剖析:判別式?駐只適用于直線與二次曲線的位置關(guān)系的判斷,不適用于兩個二次曲線之間的位置關(guān)系的判斷.

正解:由于圓的半徑為2,當圓與拋物線外切時,a=-2,于是a<-2時,圓與拋物線沒有公共點. 當圓與拋物線內(nèi)切時,由(x-a)2+y2=4,y2=6x,得x2-(2a-6)x+a2-4-0. ……①

?駐=(2a-6)2-4(a2-4)=0,解得a=,然而把a=代入方程①得3x2+5x+=0,此時解為x=-,是負根,顯然圓與拋物線不能內(nèi)切,

∴當x≥0時,問題等價于圓心(a,0)到拋物線距離d的最小值大于2,求a的取值范圍.

設 P(x,y)為拋物線上一點,則d2=(x-a)2+y2=(x-a)2+6x=[x-(a-3)]2+6a-9,

設f(x)=[x-(a-3)]2+6a-9(x≥0),

當a-3>0即a>3時,f(a-3)最小,∴dmin=>2,解得a>.

考慮到a>3,∴a>3,當a-3≤0即a≤3時f(0)最小,

∴dmin=a>2. 此時2

于是圓(x-a)2+y2=4與拋物線y2=6x沒有公共點時,a的取值范圍為a<-2或a>2.

【友情提醒】二次曲線與二次曲線的交點問題不同于直線與二次曲線位置關(guān)系的探討,僅有判別式法是不夠的,這是因為二次曲線是有范圍限制并且一般情況下具有對稱性,要結(jié)合起來一起討論. 由于我們研究的是曲線與曲線之間的位置關(guān)系,圖形未必能把細微處的走向描述清楚,必須與代數(shù)運算結(jié)合起來,正如華羅庚先生所言,“數(shù)缺形時少直觀,形少數(shù)時難入微”.

從核心素養(yǎng)角度看,高考對解析幾何的考查側(cè)重于數(shù)學運算素養(yǎng),因此,提高解析幾何的運算能力是解析幾何復習的終極目標,考生們不僅要牢固掌握解析幾何的運算技能與技巧,更要遠離解題誤區(qū),牢牢把握易錯點. 愿上面的十四個解析幾何易錯點剖析能為六月高考“保駕護航”.

責任編輯 徐國堅

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