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解析几何问题往往涉及的知识点多,覆盖面广,综合性强,它是高考考察的一项重要内容,
尤其是“动弦”问题,很多学生对动态的图形感到束手无策,其实每个动态的东西,都有自己
的运动规则——动中有静,我们只要抓住其中的“静”——直线的点,问题便迎刃而解.下
面就几种常见类型的“动弦”考题与大家共同学习一下.
类型1:当动弦过“定点”转动.
例1 [上海卷(2006)]已知在平面直角坐标系xOy中的一个椭圆,它的中心在原点,左焦点为F(-3,0),右顶点为D(2,0),设点A(
1,12).
过原点O的直线交椭圆于点B、C,求△ABC面积的最大值.
解:
由题意知椭圆方程为x24+y2=1
(1)当直线BC垂直于x轴时,BC=2,因此△ABC的面积S△ABC=1.
(2)当直线BC不垂直于x轴时,将该直线方程y=kx代入
解法4:
当直线BC不垂直于x轴时,该直线方程为y=kx,交x24
+y2=1于B(2cosa,sina),C(-2cosa,-sina),直线OA:y=
12x,点B(2cosa,sina),C(-2cosa,-sina)分别到OA的距离为d=
|cosa-sina|
1+(12)2,所以S=
12OA(d+d)=|cosa-sina|=
2cos(a+π4).
所以Smax=2.
注:法一较常规,利用基本不等式处理,要求思路清晰,计算准确,该法略显麻烦.
法二利用求导求最值,要求计算过关.法三,巧用三角换元与万能公式,方法虽妙却难想,
法四利用参数法处理,思路清晰,计算简单,不愧为一种好方法.
类型2:直线的“斜率不变”,找“切点”.
例2 已知x,y满足x216
+y225=1,求y-3x的最大值与最小值.
解:如图2令y-3x=b,则y=3x+b,原问题转化为椭圆
x216
+y225=1上找一点,使y=3x+b平动经过该点时在y轴上有最大截距与最小截距.当直线y=3x+b与椭圆相切时,有最大与最小截距.将y=3x+b代入
x216
+y225=1得169x2+96bx+16b2-400=0,因为Δ=0,所以b=±13.
故y-3x的最大值为13,最小值为-13.
注:上例是利用直线“斜率不变”,即直线的方向不变,再通过数形结合来找“切点”来处理问题的,思路甚妙!
类型3:
直线中对应线段的“长度不变”的运动,找“中点.”
例3 线段AB的抛物线y2=x上的动弦且
|AB|=a(a为常数)a≥1,求AB的中点M离x轴的最近距离.
解:
设A,M,B的横坐标分别为x1,x2,x3,A,M,B三点在抛物线准线上的投影为A′,
M′,B,由抛物线的定义知
|AF|=|AA′|=x1+14,
|BF|=|BB′|=x3+14.
x1=|AF|-14,x3=|BF|-14.
x2=x1+x32=12
(|AF|+|BF|-12)
=14(2a-1)
等号成立的条件是A、F、B三点共线,即AB为焦点弦,此时AB中点M离x轴的最近距离为14(2a-1).
注:在解析几何中,许多长度、数式都具有一定的几何意义,挖掘题目中隐含的几何意义,采用数
形结合思想容易解决某些最值,及取值范围的问题.
二、探究与拓展
例4 在半径为R的圆内随机选择弦,计算弦长超过内接正三角形边长的概率.
解:解决此问题通常有三种思路,分别表述如下:
思路1:考虑与某确定方向平行的弦,则所求的概率为12[如图图(1)].
思路2:考虑从圆上某固定点P引出的弦,则所求的概率为13[图(2)].
思路3:随机的意义理解为,弦的中点落在圆的某个部分的概率与该部分的面积成正比,则所
求的概率为14[图(3)],长度大于内接正三角形的边长的弦的中点皆落在半径为R2的同心圆内,故所求的概率为π(R2)2πR2=14.
注:上述问题就是历史上著名的“贝特朗悖论”,思路三是正确的,前两种思路是错误的,错在对“概率概念”的理解,特别对“随机”的理解.
注:本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文
尤其是“动弦”问题,很多学生对动态的图形感到束手无策,其实每个动态的东西,都有自己
的运动规则——动中有静,我们只要抓住其中的“静”——直线的点,问题便迎刃而解.下
面就几种常见类型的“动弦”考题与大家共同学习一下.
类型1:当动弦过“定点”转动.
例1 [上海卷(2006)]已知在平面直角坐标系xOy中的一个椭圆,它的中心在原点,左焦点为F(-3,0),右顶点为D(2,0),设点A(
1,12).
过原点O的直线交椭圆于点B、C,求△ABC面积的最大值.
解:
由题意知椭圆方程为x24+y2=1
(1)当直线BC垂直于x轴时,BC=2,因此△ABC的面积S△ABC=1.
(2)当直线BC不垂直于x轴时,将该直线方程y=kx代入
解法4:
当直线BC不垂直于x轴时,该直线方程为y=kx,交x24
+y2=1于B(2cosa,sina),C(-2cosa,-sina),直线OA:y=
12x,点B(2cosa,sina),C(-2cosa,-sina)分别到OA的距离为d=
|cosa-sina|
1+(12)2,所以S=
12OA(d+d)=|cosa-sina|=
2cos(a+π4).
所以Smax=2.
注:法一较常规,利用基本不等式处理,要求思路清晰,计算准确,该法略显麻烦.
法二利用求导求最值,要求计算过关.法三,巧用三角换元与万能公式,方法虽妙却难想,
法四利用参数法处理,思路清晰,计算简单,不愧为一种好方法.
类型2:直线的“斜率不变”,找“切点”.
例2 已知x,y满足x216
+y225=1,求y-3x的最大值与最小值.
解:如图2令y-3x=b,则y=3x+b,原问题转化为椭圆
x216
+y225=1上找一点,使y=3x+b平动经过该点时在y轴上有最大截距与最小截距.当直线y=3x+b与椭圆相切时,有最大与最小截距.将y=3x+b代入
x216
+y225=1得169x2+96bx+16b2-400=0,因为Δ=0,所以b=±13.
故y-3x的最大值为13,最小值为-13.
注:上例是利用直线“斜率不变”,即直线的方向不变,再通过数形结合来找“切点”来处理问题的,思路甚妙!
类型3:
直线中对应线段的“长度不变”的运动,找“中点.”
例3 线段AB的抛物线y2=x上的动弦且
|AB|=a(a为常数)a≥1,求AB的中点M离x轴的最近距离.
解:
设A,M,B的横坐标分别为x1,x2,x3,A,M,B三点在抛物线准线上的投影为A′,
M′,B,由抛物线的定义知
|AF|=|AA′|=x1+14,
|BF|=|BB′|=x3+14.
x1=|AF|-14,x3=|BF|-14.
x2=x1+x32=12
(|AF|+|BF|-12)
=14(2a-1)
等号成立的条件是A、F、B三点共线,即AB为焦点弦,此时AB中点M离x轴的最近距离为14(2a-1).
注:在解析几何中,许多长度、数式都具有一定的几何意义,挖掘题目中隐含的几何意义,采用数
形结合思想容易解决某些最值,及取值范围的问题.
二、探究与拓展
例4 在半径为R的圆内随机选择弦,计算弦长超过内接正三角形边长的概率.
解:解决此问题通常有三种思路,分别表述如下:
思路1:考虑与某确定方向平行的弦,则所求的概率为12[如图图(1)].
思路2:考虑从圆上某固定点P引出的弦,则所求的概率为13[图(2)].
思路3:随机的意义理解为,弦的中点落在圆的某个部分的概率与该部分的面积成正比,则所
求的概率为14[图(3)],长度大于内接正三角形的边长的弦的中点皆落在半径为R2的同心圆内,故所求的概率为π(R2)2πR2=14.
注:上述问题就是历史上著名的“贝特朗悖论”,思路三是正确的,前两种思路是错误的,错在对“概率概念”的理解,特别对“随机”的理解.
注:本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文