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解析幾何中定點定值問題的解題策略與技巧研究

2024-09-23 00:00:00張燕
數(shù)理天地(高中版) 2024年17期

【摘要】本文旨在深入研究解析幾何中定點定值問題的解題策略與技巧.通過對定點定值問題的典型例題進行分析,探討解題過程中的思維路徑和關鍵步驟,同時詳細闡述如何利用代數(shù)方法、幾何方法以及數(shù)形結合思想有效解決定點定值問題.

【關鍵詞】解析幾何;定點定值;解題技巧

1 引言

解析幾何作為數(shù)學的重要分支,其研究內(nèi)容涵蓋了平面幾何與代數(shù)之間的緊密聯(lián)系.在解析幾何中,定點定值問題是一類常見且具有挑戰(zhàn)性的問題.這類問題通常涉及曲線的性質、方程的建立與求解等方面,需要綜合運用代數(shù)、幾何以及數(shù)形結合的思想進行解決.因此,研究解析幾何中定點定值問題的解題策略與技巧,對于提高解題能力、深化數(shù)學理解具有重要意義.

定點定值問題的精髓在于探尋在運動變化過程中始終保持穩(wěn)定的元素,即不變性.因此,解決這類問題的關鍵在于深入剖析運動變化的內(nèi)在機理,從而揭示這一變化是由哪些關鍵量的變動所主導的.為了實現(xiàn)這一目標,我們巧妙地引入?yún)⒆兞?,并緊密結合題目描述,構建參變量與已知量之間的內(nèi)在聯(lián)系.在此過程中,我們致力于確保定點定值能夠獨立于參變量的變化而保持恒定,從而揭示出問題的核心并解決之.

2 定點問題

例1 已知經(jīng)過橢圓C:x2a2+y2b2=1(a>b>0)上一點(x0,y0)的切線方程為x0xa2+y0yb2=1;橢圓E:x26+y2=1,P為直線x=3上的動點,過點P作橢圓E的兩條切線,切點分別為A,B,求證:直線AB過定點.

證明 設切點為A(x1,y2),B(x2,y2),

點P(3,t).

由已知結論可得直線AP的方程:x1x6+y1y=1,直線BP的方程:x2x6+y2y=1,通過點P(3,t),

所以有x1·36+y1·t=1x2·36+y2·t=1,

所以點A,B滿足方程:x2+ty=1,

所以直線AB恒過點:x2-1=0y=0,即直線AB恒過點(2,0).

例2 已知橢圓C:x22+y2=1,設直線l:y=kx+m與橢圓C交于不同的兩點M,N,點Q2,0,若直線MQ的斜率與直線NQ的斜率互為相反數(shù),求證:直線l過定點.

證明 聯(lián)立y=kx+m,x22+y2=1,

得2k2+1x2+4kmx+2m2-2=0.

設Mx1,y1,Nx2,y2,

可得x1+x2=-4km2k2+1,x1x2=2m2-22k2+1,

由題知kMQ+kNQ=0,

即y1x1-2+y2x2-2=kx1+mx1-2+kx2+mx2-2=2kx1x2+m-2kx1+x2-4mx1-2x2-2=0,

即2kx1x2+m-2kx1+x2-4m=0,

解得k=-m,

所以直線l的方程為y=kx-1,故直線l恒過定點1,0.

3 定值問題

例3 設點P是雙曲線x24-y216=1右支上任意一點,過點P分別作兩條漸近線的垂線,垂足分別為E,F(xiàn),則PE·PF的值為.

解析 漸近線方程為2x±y=0,

設Px0,y0,則x204-y2016=1,

所以4x20-y20=16.

由點到直線的距離公式有

PE=2x0+y05,PF=2x0-y05,

所以PE·PF=2x0+y05·2x0-y05=4x20-y205=165.

故答案為:165.

例4 如圖1,已知橢圓x24+y23=1, 與坐標軸不垂直的直線l交于M,N兩點,線段MN的中點為P,求證:kMN·kOP(O為坐標原點)為定值.

證明 由題意可知,直線l的斜率存在且不為0,設直線l的方程為y=kx+mk≠0,

聯(lián)立y=kx+mx24+y23=1,

得3+4k2x2+8kmx+4m2-12=0.

Δ>0,即m2<4k2+3,

設Mx1,y1,Nx2,y2,

則x1+x2=-8km3+4k2,

y1+y2=kx1+x2+2m=6m3+4k2,

所以P-4km3+4k2,3m3+4k2,

所以kOP=3m3+4k2-4km3+4k2=-34k.

所以kMN·kOP=-34為定值.

解題策略 (1)設定合適的參數(shù).參數(shù)的選擇應根據(jù)題目的具體條件和要求,以及所研究的圓錐曲線的幾何性質來進行.參數(shù)設定得恰當,可以大大簡化后續(xù)的計算過程.(2)充分利用圓錐曲線的幾何性質、已知條件、點在曲線上,聯(lián)立直線和圓錐曲線的方程,利用點差法等幫助我們建立方程或方程組,從而更準確地描述問題的數(shù)學本質.同時,可以進一步約束參數(shù)的取值范圍,使問題更加明確.(3)尋找不受參數(shù)影響的定量:①通過對方程進行變形或組合,可以發(fā)現(xiàn)某些項或表達式與參數(shù)無關.這通常涉及一些恒等式或等式性質的應用,如平方差公式、和差化積等.②圓錐曲線具有許多幾何性質,如對稱性、焦點性質等.這些性質可以幫助我們識別那些與參數(shù)無關的量.③通過對方程組進行設而不求、基本變換消元和整體構造代入操作,可以消去參數(shù),從而得到只包含定點或定值坐標的方程.④利用題目的特殊條件:有時候,題目會給出一些特殊條件或提示,這些條件或提示可以幫助我們直接找到定點或定值.⑤通過舉例或特殊值法驗證.在找到可能的定點或定值后,可以通過舉例或取特殊值的方法進行驗證.

4 結語

本文通過系統(tǒng)的理論分析和案例實踐,揭示了參數(shù)設定、方程構建、消參處理以及結果驗證等關鍵步驟中的精妙之處.這些策略和技巧不僅有助于提高解題效率和準確性,更能培養(yǎng)讀者的邏輯思維能力和空間想象力.期待廣大讀者能夠從中受益,激發(fā)對解析幾何的興趣與熱情,共同推動數(shù)學學科的發(fā)展與進步.

參考文獻:

[1]黃玲玲.例談圓錐曲線中定值、定點及定線問題的解題策略[J].數(shù)學通訊,2018(01):21-25.

[2]王浩,潘靜,陳次光.圓錐曲線中一類定值定點問題的解題策略及拓展[J].中學生數(shù)學,2024(07):16-18.

[3]高玉榮.圓錐曲線中定點問題的解題策略[J].數(shù)理化解題研究,2024(09):24-27.

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