平面解析几何中的错解辨析

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  学生的解题错误是一种重要的教学资源,怎样充分地利用好这一资源,有效地帮助学生认识产生错误的原因,使学生从错误中走出来?是一个值得我们认真研究的课题.本文通过解析几何中学生经常发生错误的典型题型,暴露错误的发生过程,深度剖析错误的产生原因,探讨错误的纠正方法,让这来之不易的错误绽放出美丽的花朵,希望能帮助同学们更好的理解和掌握解析几何这一内容. 
  
  例1 求过点(2,1)且与两坐标所围成的三角形面积为8的直线方程.
  错解:设所求直线方程为xa+yb=1.
  ∵(2,1)在直线上,∴2a+1b=1,[JY。]①
  又12ab=4,即ab=8,[JY。]②
  由①、②得a=4,b=2.故所求直线方程为x+2y=4.
  
  剖析:本题的“陷阱”是直线与两坐标轴所围成的三角形面积的表示.上述解法中,由于对截距概念模糊不清,误将直线在x轴和y轴上的截距作距离使用而掉入“陷阱”.事实上,直线与两坐标轴所围成的三角形面积为12|a||b|,而不是12ab,
  正解:∴2a+1b=1,[JY。]①
  即|a||b|=8,[JY。]②
  故所求直线方程应为:x+2y-4=0,或(2+1)x-2(2-1)y-4=0,
  或(2-1)x-2(2+1)y+4=0.
  反思:截距的概念一定要清晰,分为横截距,纵截距2种,以纵截距为例是x轴交点的纵坐标,可正,可负,可为零,与类似的还有函数的零点等等.
  
  例2 求过点A(-4,2)且与x轴的交点到(1,0)的距离是5的直线方程.
  错解:设直线斜率为k,其方程为y-2=k(x+4),则与x轴的交点为(-4-2k,0),
  ∴|-4-2k-1|=5,解得k=-15.故所求直线的方程为x+5y-6=0.
  剖析:题中仅考虑了斜率存在的情况,忽视了斜率不存在的情况,即经过A且垂直于x轴的直线,落入“陷阱”.
  
  
  
  解法三:1x+1y=x+yx+x+yy=yx+xy+2≥2yx•xy+2=4.当且仅当x=y时等号成立.
  ◆6.等价代换解不等式
  在指数与对数式中有a0=1,logaa=1,loga1=0,所以在解一些指数与对数不等式时可将“1”等价代换,速解不等式.
  例6 已知52在不等式loga(x2-5x+7)>0的解集内,求x的取值范围
  分析:所给不等式中含有参数a,应利用52在不等式的解集内确定其范围,然后转化为简单不等式问题.其中,对数不等式中“0”可转化为loga 1=0.
  解:52在不等式loga(x2-5x+7)>0的解集内,即loga34>0,故可知0<a<1,则由loga(x2-5x+7)>0,即loga(x2-5x+7)>loga1,得0<x2-5x+7<1.解不等式得2<x<3,即所求x的取值范围是(2,3).
  (作者:张建虎,甘肃省张掖市临泽一中)
  
  
  正解:x+5y-6=0或者x=-4.
  反思:涉及求直线方程问题,总是从斜率存在与否两方面去分析.
  
  例3 求过点(1,1)且横、纵截距相等的直线方程.
  错解:设所求方程为xa+ya=1,将(1,1)代入得a=2,
  从而得所求直线方程为x+y-2=0.
  剖析:上述错解所设方程为xa+ya=1,其中不含横、纵截距为0的特殊情形,即过原点的情形. 
  正解:横、纵截距为0且过点(1,1)的直线x-y=0也符合条件,所以所求直线为x-y=0或x+y-2=0
  反思:横、纵截距相等要考虑过原点,和斜率为-1的两种情况,类似的还有横、纵截距相反等等.
  
  例4 已知圆的方程为x2+y2+ax+2y+a2=0,一定点为A(1,2),要使过A点作圆的切线有两条,求a的取值范围.
  错解:将圆的方程配方得:(x+a2)2+(y+1)2=4-3a24.
  ∵其圆心坐标为C(-a2,-1),半径r=4-3a24.
  当点A在圆外时,过点A可作圆的两条切线,则|AC|>r.
  即(1+a2)2+(2+1)2>4-3a24.即a2+a+9>0,解得a∈R.
  剖析:[JP3]本题的“陷阱”是方程x2+y2+ax+2y+a2=0表示圆的充要条件,上述解法仅由条件得出|AC|> r,即a2+a+9>0,却忽视了a的另一制约条件4-3a2>0.
  正解:事实上,由a2+a+9>0及4-3a2>0可得a的取值范围是(-233,233).
  反思:到涉及到参数问题时,往往要注意大前提对参数的限制,这是避免错误的关键.
  例5 已知椭圆的中心在原点,对称轴是坐标轴,离心率e=32,且过点P(2,3),求此椭圆的标准方程.
  错解:设椭圆的标准方程为x2a2+y2b2=1(a>b>0),由题意知ca=32,
  4a2+9b2=1,
  x2a2+y2b2=1,
  解得b2=9,a2=40,所以所求椭圆的标准方程为x240+y210=1.
  剖析:上述解法没有讨论焦点的位置,而是默认了椭圆的焦点在x轴上,从而少解.
  正解:(1)当焦点在 轴上,解法同上,所求椭圆方程为x240+y210=1,
  (2)[JP3]当焦点在y轴上,设椭圆的标准方程为y2a2+x2b2=1(a>b>0),
  ca=32,
  9a2+4b2=1
  x2a2+y2b2=1,,解得b2=254,a2=25,y225+4x225=1,
  所以所求椭圆方程为x240+y210=1或y225+4x225=1.
  反思:在根据椭圆的性质求椭圆的标准方程时,要注意先判断焦点在哪一条轴上,若不能确定,要分类讨论.
  
  例6 若方程x2k-3-y2k+3=1表示双曲线,则实数 的取值范围是.
  错解:由k-3>0k+3>0,得k>3,所以实数k的取值范围是k>3.
  剖析:本题“陷阱”是对双曲线标准方程理解不深刻,误以为该方程仅表示焦点在x轴上的双曲线,因此遗漏了焦点在y轴上的情况.
  正解:当k-3>0k+3>0,得k>3时,方程表示焦点在 轴上的双曲线,
  当k-3<0k+3<0,得k<-3时,方程表示焦点在y轴上的双曲线.
  所以实数k的取值范围是k>3或k<-3
  反思:[JP3]事实上,方程x2p-y2q表示双曲线,则应有pq>0.
  例7 双曲线x216-y29=1上的点p到点(5,0)的距离为8.5,则点p到点(-5,0)的距离.
  错解:设双曲线的两个焦点分别为F1(-5,0),F2(5,0),
  [JP3]由双曲线定义知||PF1|-|PF2||=8,所以|PF1|=16.5或|PF1|=0.5
  剖析:本题中,因左顶点到右焦点的距离为9>8.5,故点P只能在右支上.
  正解:∴PF1-PF2=8,∴PF1=16.5
  反思:在求解此类问题时,应灵活运用双曲线定义,分析出点P的存在情况,即到底在哪支,左支还是右支,还是都有可能,然后再求解.
  
  例8 设抛物线y=mx2(m≠0)的准线与直线y=1的距离为3,求抛物线的标准方程.
  错解:[JP3]由y=mx2(m≠0)可得准线方程为y=-m4.由题意知-m4=1-2或-m4=4,
  解得m=8或m=-16,故所求抛物线的标准方程为y=8x2或y=-16x2.
  剖析:本题的“陷阱”是一是不能正确理解抛物线标准方程的形式,错误的将所给方程看作标准方程得到准线方程为y=-m4;二是得到准线方程后,只分析了其中的一种情况,而忽略了另一种情况.
  正解:y=mx2(m≠0)可化为x2=1my,其准线方程为y=-14m.由题意知
  -14m=-2或-14m=+4,解得m=18或m=-116,
  故所求抛物线的标准方程为x2=8y或x2=-16y.
  反思:涉及到圆锥曲线的方程时,先将其化为标准方程,这样一些基本的量就比较明了.
  
  例9 [JP3]已知曲线C:y=20-x22与直线L:y=-x+m仅有一个公共点,求m的范围.
  错解:曲线C:y=20-x22可化为x2+4y2=20(1),联立y=-x+mx2+4y2=20,
  得:5x2-8mx+4m2-20=0,由Δ=0,得m=±5.
  剖析:方程(1)与原方程并不等价,应加上y∈[0,+∞).
  正解:故原方程的对应曲线应为椭圆的上半部分.(如图),结合图形易求得m的范围为m=5或-25≤m<25.
  [TPS13.TIF;X*2,BP]
  反思:在将方程变形时应时时注意范围的变化,这样才不会出错,尽可能考虑数形结合,这样可以极大的减少运算量.
  例10 已知双曲线x2-y22=1,问过点A(1,1)能否作直线l,使l与双曲线交于P、Q两点,并且A为线段PQ的中点?若存在,求出直线l的方程,若不存在,说明理由.
  错解:设符合题意的直线l存在,并设P(x1,x2)、Q(x2,y2)
  
  [JP3]则x21-y212=1(1)x22-y222=1(2)(1)-(2)得(x1-x2)(x1+x2)=12(y1-y2)(y1+y2)(3)
  
  因为A(1,1)为线段PQ的中点,所以x1+x2=2(4)y1+y2=2(5)
  将(4)、(5)代入(3)得x1-x2=12(y1-y2),由题意知x1≠x2,则直线l的斜率k=y1-y2x1-x2=2,所以符合题设条件的直线l存在.其方程为2x-y-1=0.
  剖析:应在上述解题的基础上,由y=2x-1x2-y22=1得2x2-4x+3=0,发现Δ=-8<0, 说明直线l与双曲线x2-y22=1根本就无交点,矛盾.
  正解:不存在这样的直线l.
  反思:用“点差法”处理圆锥曲线中的弦的中点问题,应对所求得的直线进行检验,看是否满足大前提,类似就是一元二次方程用韦达定理前,应保证Δ>0,都是一样的道理.
  笔者认为:错误往往是正确的先导,错误也往往是发现的先导,学生的“错解”有其内在的合理性,从学生的“错解”中捡出合理的成份,补救出新的解法,探索出新的规律和结论,让学生“从跌倒的地方自己爬起来”,使学生获得从失败走向成功的思维过程的体验,符合人类认识世界、改造世界的客观规律.从学生的错误中发现“闪光点”,变告诉为探究,让学生在探究、合作和交流中学习,是帮助学生纠正错误的最为有效的教学方法.
  (作者:毛东良,江苏省苏州第十中学)
  
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