经典品读:探索“源与流”,使圆锥曲线复习更高效

来源 :数学金刊·高考版 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ganggang821010
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  “年年岁岁卷相似,岁岁年年题不同”,几乎每年的高考试题都会成为大家关注的焦点. 当然,研究试题也有利于发现问题考查的本质,有利于更好地指引学习. 留心分析,我们会发现许多试题是立足于基础,源于教材,高于教材的. 教材是高考命题的主要载体之一,尤其是一些考查圆锥曲线性质的试题来自于教材中的例题、习题,通过推广、引申,这些题可得到更一般的性质,这也是考试命题的重要切入点.
  课本习题探究,引发思考
  在高中课本《普通高中课程标准实验教科书数学选修2-1》人教A版介绍了这样两个问题:
  第2.2节例3:如图1,设A,B的坐标分别为(-5,0),(5,0),直线AM,BM相交于点M,且它们的斜率之积是-,求点M的轨迹方程.
  第2.3节探究:如图2,设A,B的坐标分别为(-5,0),(5,0),直线AM,BM相交于点M,且它们的斜率之积是,试求点M的轨迹方程,并由点M的轨迹方程判断轨迹的形状. 与2.2例3比较,你有什么发现?
  这是一道求解轨迹的问题,但若轻易放弃对问题的进一步探究,就会错失教材本有的示范功能,自然就领悟不到课本编写的意图. 尤其是研究近年高考试题,我们可以发现试题与课本是有关联的,因而通过有针对性的变式探究、拓展、改造,注重知识间的联系,深刻体会其中蕴涵的数学思想方法,会使得学习达到事半功倍的效果.
  归纳概括,得到一般性质
  在对上面两个课本问题的探究中,通过将问题一般化,我们可以得到一系列圆锥曲线相关的性质.
  性质1 设A,B的坐标分别为(-a,0),(a,0)(或(0,-a),(0,a)),直线AM,BM相交于点M,且他们的斜率之积是-或-,则点M的轨迹是椭圆,其方程为 =1(x≠±a)或 =1(x≠0).
  证明(只证其中一种情况):设M(x,y),则kAM=,kBM=,所以kAM·kBM=·==-,即 =1(x≠±a).
  性质2 设A,B的坐标分别为(-a,0),(a,0)(或(0,-a),(0,a)),直线AM,BM相交于点M,且他们的斜率之积是或,则点M的轨迹是双曲线,其方程为-=1(x≠±a)或-=1(x≠0).
  证明同性质1的证明,从略.
  这是两个被称为“第三定义”的圆锥曲线性质,笔者在对近年高考试题有关圆锥曲线问题的研究中,寻其根源,发现许多试题屡屡涉及对该性质的考查. 习题是课本的重要组成部分,在教学中通过深入挖掘和研究课本习题,将“小题大做”,延伸拓展,归纳概括,揭示本质,是对教材最好的运用,是对新课标课程理念最好的实践,也是研究高考复习的重要学习方法.
  典型案例剖析,追根溯源
  例1(2011年高考江西卷)P(x0,y0)(x0≠±a)是双曲线E:-=1(a>0,b>0)上一点,M,N分别是双曲线E的左、右顶点,直线PM,PN的斜率之积为.
  (1)求双曲线的离心率;
  (2)过双曲线E的右焦点且斜率为1的直线交双曲线于A,B两点,O为坐标原点,C为双曲线上一点,满足=λ ,求λ的值.
  解析:(1)由性质2可得=,所以=,所以双曲线的离心率e=.
  (2)λ=0或λ=-4(过程略).
  例2 (2013年厦门市质检卷)已知椭圆C1: y2=1.
  (1)我们知道圆具有性质:若E为圆O:x2 y2=r2(r>0)的弦AB的中点,则直线AB的斜率kAB与直线OE的斜率kOE的乘积kAB·kOE为定值. 类比圆的这个性质,写出椭圆C1的类似性质,并加以证明.
  (2)如图3,点B为C1在第一象限中的任意一点,过B作C1的切线l,l分别与x轴和y轴的正半轴交于C,D两点,求三角形OCD面积的最小值.
  (3)如图4,过椭圆C2: =1上任意一点P作C1的两条切线PM和PN,切点分别为M,N. 当点P在椭圆C2上运动时,是否存在定圆恒与直线MN相切?若存在,求出圆的方程;若不存在,请说明理由.
  解析:(1)若A,B为椭圆C1: y2=1上相异的两点,E(x0,y0)为A,B中点,则直线AB的斜率kAB与直线OE的斜率kOE的乘积kAB·kOE必为定值,且kAB·kOE=-(证略). 此命题考查的思想蕴涵于性质1中,其一般情况就是性质1的逆命题.
  (2)(3)略.
  上述两例主要考查直线、圆、椭圆、双曲线等基础知识,考查类比推理论证能力、运算求解能力,考查从一般到特殊的思想方法、函数与方程思想、数形结合思想、化归与转化思想,考查综合分析问题的能力以及创新能力. 此类问题的考查是高考的热点,其源头来自于教材,这是“源”. 它具有很强的基础性,入口浅,但内涵丰富,是教材习题的深化和提升.
  延伸推广,得到进一步结论
  实质上,我们若将此类问题加以延伸,可以得到下列性质.
  性质3 设A,B的坐标分别为(m,n),(-m,-n),直线AM,BM相交于点M,且它们的斜率之积是-,则点M的轨迹方程为 = .
  证明:设M(x,y),则kAM=,kBM=,所以kAM·kBM=·==-,即得 = (x≠±m).
  性质4 设A,B的坐标分别为(m,n),(-m,-n),直线AM,BM相交于M,且它们的斜率之积是,则点M的轨迹方程为-=-(x≠±m).
  证明同性质3的证明,从略.
  高考命题再现,拓展应用
  对这两个推广性质的考查,是对这一类问题的进一步拓展,是问题之“流”,其所运用的思想方法大体一致,这在近年的高考考查中也不时出现,下面举例说明.
  例3 (2011年高考北京卷)在平面直角坐标系xOy中,点B与点A(-1,1)关于原点O对称,P是动点,且直线AP与BP的斜率之积等于-.
  (1)求动点P的轨迹方程;
  (2)设直线AP和BP分别与直线x=3交于点M,N,问:是否存在点P,使得△PAB与△PMN的面积相等?若存在,求出点P的坐标;若不存在,说明理由.
  解析:(1)由性质3可得m=-1,n=1,a2=3t,b2=t,动点P的轨迹方程为 = ,即x2 3y2=4(x≠±1).
  (2)存在点P,使得△PAB与△PMN的面积相等,且此时点P的坐标为,±(过程略).
  例4 (2009年高考辽宁卷)已知椭圆C经过点A1,,两个焦点为(-1,0),(1,0).
  (1)求椭圆C的方程;
  (2)E,F是椭圆C上的两个动点,如果直线AE的斜率与AF的斜率互为相反数,证明直线EF的斜率为定值,并求出这个定值.
  解析:(1)易得椭圆的方程为 =1.
  (2)设直线AE的方程为y=k(x-1) ,代入 =1,得(3 4k2)x2 4k(3-2k)x 4-k-12=0. 设E(xE,yE),F(xF,yF). 因为点A1,在椭圆上,所以xE=,yE=kxE -k. 又直线AF的斜率与AE的斜率互为相反数,在上式中以-k代k,可得xF=,yF=-kxF k. 所以直线EF的斜率kEF===. 即直线EF的斜率为定值,其值为.
  通过对上述例题的探究,我们可以发现,高考命题很多是源于教材的,不少题目都能在课本上找到“影子”,往往就是对课本原题的变型、改造及综合. 高考题“源于教材,高于教材”,这是一条不变的真理,所以复习时万万不能远离课本,必要时还应对一些课本内容进行深入探究、合理延伸和拓展.
  由此可见,只要我们认真观察,注意积累,充分挖掘课本资源,系统地掌握每一章节的概念、性质、法则、公式、定理、公理及典型例题,注意通性通法,重视具有普遍意义的方法和相关的知识的学习,突出对主干知识、数学思想方法的领会,一定能发现更多的、更好的、有价值的数学资源,为数学学习的效率锦上添花.
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