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在高考解几试题中,有一类关于直(曲)线与曲线的相交的位置关系问题,在这类问题中,我们可以把同一个对象用两种不同的方法进行表征,即将同一个对象“算两次”,从而达到解决问题的目的,下面通过几例以示说明:
一、同一个三角形“算两次”
例1(2014年湖北卷)已知F1、F2是椭圆和双曲线的公共焦点,P是它们的一个公共点,且∠F1PF2=π3,则椭圆与双曲线的离心率的倒数之和的最大值为()
A. 433B. 233C. 3D. 2
解析:设|F1F2|=2c,椭圆的长轴长为2a1,双曲线的实轴长为2a2,在△F1PF2中,由椭圆的定义得|PF1| |PF2|=2a1,由双曲线的定义不妨设|PF1|-|PF2|=2a2,所以|PF1|=a1 a2,由正弦定理易得|PF1||F1F2|=sin∠PF2F1sin∠F1PF2,所以椭圆与双曲线的离心率的倒数和a1c a2c=2|PF1||F1F2|=4sin∠PF2F13≤433,故选A.
评注:本题将焦点三角形PF1F2分别应用椭圆和双曲线的定义,围绕该图形各自计算,获得方程后,再解出PF1、PF2,实际上是对同一个三角形的“算两次”.
二、同一条线段“算两次”
例2(2014年江西卷)设椭圆C:x2a2 y2b2=1(a>b>0)的左右焦点为F1、F2,过F2作x轴的垂线与C相交于A、B两点,F1B与y轴交于点D,若AD⊥F1B,则椭圆C的离心率等于.
解析:容易求得A(c,b2a),所以|AB|=2b2a,
又在△F1F2B中,由于OD∥BF2,其中O为坐标原点,∴D为F1B的中点,且AD⊥F1B,所以|AF1|=|AB|,又|AF1|=|BF1|,所以△F1AB为正三角形,
所以|AB|=|AB| |AF1| |BF1|3=4a3,所以2b2a=4a3,∴(ba)2=23,故椭圆C的离心率为e=ca=1-(ba)2=33,故应填33.
评析:对于线段|AB|,既可看作是三角形的一边,也可看作是椭圆C的弦,解题时,一边解三角形,一边求弦长,等式便水到渠成.
三、同一个点的坐标“算两次”
例3(2014年浙江卷)设直线x-3y m=0(m≠0)与双曲线x2a2-y2b2=1(a>0,b>0)两条渐近线分别交于点A、B,若点P(m,0)满足|PA|=|PB|,则该双曲线的离心率是.
解析:由x-3y m=0bx ay=0解得xA=-ama 3b,
由x-3y m=0bx-ay=0解得xB=-ama-3b,
由x-3y m=0y=-3(x-m)解得x=4m5,则4m5为AB中点的横坐标.
所以8m5=-ama 3b -ama-3b,化简得a2=4b2,所以,双曲线的离心率为1 (ba)2=52,故填52.
评析:线段AB的中点也是直线与直线的交点,因该点具有二重性,从而为其坐标提供了两种不同的算法,因而也就寻得了解决问题的突破口.
四、同一条直线的斜率“算两次”
例4(2014年四川卷)已知椭圆C:x2a2 y2b2=1(a>b>0)的焦距为4,其短轴的两个端点与长轴的一个端点构成正三角形.
(1)求椭圆C的标准方程;
(2)设F为椭圆C的左焦点,T为直线x=-3上任意一点,过F作TF的垂线交椭圆C于P、Q,求证:OT平分线段PQ(其中O为坐标原点).
解析:(1)容易求得椭圆C的标准方程为x26 y22=1.
(2)设直线PQ的方程为x=ty-2,则kFT=-t,所以T(-3,t),则kOT=-t3,
由x=ty-2x26 y22=1得(t2 3)y2-4ty-2=0,则易得PQ中点S的坐标为(-6t2 3,2tt2 3),所以kOS=-t3.
所以O、S、T三点共线,即OT平分线段PQ.
评注:三点共线问题,通过其中任两点均可确定直线的斜率,因而可选择对直线的斜率进行“算两次”,达到解题之目的.
由上可见,在解几试题中,常常可将一个量置于两种不同的背景中分别计算,从而获得方程.通过这种“算两次”的思想方法去解决问题,不仅能沟通数学知识与方法的内在联系,有效检测同学们思维的发散性与聚合性,而且对培养同学们的创新意识也大有裨益,值得我们重视.
(上接第68页)
所以CD=12(CA CB).(1)
由DP=λPC,DP PC=(1 λ)PC,CD=CP PD=(1 λ)CP.(2)
同理由AE=λ1EC,得CA=(1 λ1)CE,(3)
BF=λ2FC,得CB=(1 λ2)CF.(4)
将(2)、(3)、(4)式代入(1)得
CP=12(1 λ)[(1 λ1)CE (1 λ2)CF].
因为E、P、F三点共线,所以1 λ12(1 λ) 1 λ22(1 λ)=1,
再由λ1 λ2=1,解之得λ=12.
(2)由(1)得CP=2PD,D是AB的中点,所以点P为△ABC的重心.
所以,x=1-1 x03,y=2 0 y03.
解得x0=3x,y0=3y-2,代入y20=4x0得,(3y-2)2=12x.
由于x0≠1,故x≠3.
所求轨迹方程为(3y-2)2=12x(x≠3).
一、同一个三角形“算两次”
例1(2014年湖北卷)已知F1、F2是椭圆和双曲线的公共焦点,P是它们的一个公共点,且∠F1PF2=π3,则椭圆与双曲线的离心率的倒数之和的最大值为()
A. 433B. 233C. 3D. 2
解析:设|F1F2|=2c,椭圆的长轴长为2a1,双曲线的实轴长为2a2,在△F1PF2中,由椭圆的定义得|PF1| |PF2|=2a1,由双曲线的定义不妨设|PF1|-|PF2|=2a2,所以|PF1|=a1 a2,由正弦定理易得|PF1||F1F2|=sin∠PF2F1sin∠F1PF2,所以椭圆与双曲线的离心率的倒数和a1c a2c=2|PF1||F1F2|=4sin∠PF2F13≤433,故选A.
评注:本题将焦点三角形PF1F2分别应用椭圆和双曲线的定义,围绕该图形各自计算,获得方程后,再解出PF1、PF2,实际上是对同一个三角形的“算两次”.
二、同一条线段“算两次”
例2(2014年江西卷)设椭圆C:x2a2 y2b2=1(a>b>0)的左右焦点为F1、F2,过F2作x轴的垂线与C相交于A、B两点,F1B与y轴交于点D,若AD⊥F1B,则椭圆C的离心率等于.
解析:容易求得A(c,b2a),所以|AB|=2b2a,
又在△F1F2B中,由于OD∥BF2,其中O为坐标原点,∴D为F1B的中点,且AD⊥F1B,所以|AF1|=|AB|,又|AF1|=|BF1|,所以△F1AB为正三角形,
所以|AB|=|AB| |AF1| |BF1|3=4a3,所以2b2a=4a3,∴(ba)2=23,故椭圆C的离心率为e=ca=1-(ba)2=33,故应填33.
评析:对于线段|AB|,既可看作是三角形的一边,也可看作是椭圆C的弦,解题时,一边解三角形,一边求弦长,等式便水到渠成.
三、同一个点的坐标“算两次”
例3(2014年浙江卷)设直线x-3y m=0(m≠0)与双曲线x2a2-y2b2=1(a>0,b>0)两条渐近线分别交于点A、B,若点P(m,0)满足|PA|=|PB|,则该双曲线的离心率是.
解析:由x-3y m=0bx ay=0解得xA=-ama 3b,
由x-3y m=0bx-ay=0解得xB=-ama-3b,
由x-3y m=0y=-3(x-m)解得x=4m5,则4m5为AB中点的横坐标.
所以8m5=-ama 3b -ama-3b,化简得a2=4b2,所以,双曲线的离心率为1 (ba)2=52,故填52.
评析:线段AB的中点也是直线与直线的交点,因该点具有二重性,从而为其坐标提供了两种不同的算法,因而也就寻得了解决问题的突破口.
四、同一条直线的斜率“算两次”
例4(2014年四川卷)已知椭圆C:x2a2 y2b2=1(a>b>0)的焦距为4,其短轴的两个端点与长轴的一个端点构成正三角形.
(1)求椭圆C的标准方程;
(2)设F为椭圆C的左焦点,T为直线x=-3上任意一点,过F作TF的垂线交椭圆C于P、Q,求证:OT平分线段PQ(其中O为坐标原点).
解析:(1)容易求得椭圆C的标准方程为x26 y22=1.
(2)设直线PQ的方程为x=ty-2,则kFT=-t,所以T(-3,t),则kOT=-t3,
由x=ty-2x26 y22=1得(t2 3)y2-4ty-2=0,则易得PQ中点S的坐标为(-6t2 3,2tt2 3),所以kOS=-t3.
所以O、S、T三点共线,即OT平分线段PQ.
评注:三点共线问题,通过其中任两点均可确定直线的斜率,因而可选择对直线的斜率进行“算两次”,达到解题之目的.
由上可见,在解几试题中,常常可将一个量置于两种不同的背景中分别计算,从而获得方程.通过这种“算两次”的思想方法去解决问题,不仅能沟通数学知识与方法的内在联系,有效检测同学们思维的发散性与聚合性,而且对培养同学们的创新意识也大有裨益,值得我们重视.
(上接第68页)
所以CD=12(CA CB).(1)
由DP=λPC,DP PC=(1 λ)PC,CD=CP PD=(1 λ)CP.(2)
同理由AE=λ1EC,得CA=(1 λ1)CE,(3)
BF=λ2FC,得CB=(1 λ2)CF.(4)
将(2)、(3)、(4)式代入(1)得
CP=12(1 λ)[(1 λ1)CE (1 λ2)CF].
因为E、P、F三点共线,所以1 λ12(1 λ) 1 λ22(1 λ)=1,
再由λ1 λ2=1,解之得λ=12.
(2)由(1)得CP=2PD,D是AB的中点,所以点P为△ABC的重心.
所以,x=1-1 x03,y=2 0 y03.
解得x0=3x,y0=3y-2,代入y20=4x0得,(3y-2)2=12x.
由于x0≠1,故x≠3.
所求轨迹方程为(3y-2)2=12x(x≠3).