解析几何中有关圆问题的求解策略

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  直线与圆锥曲线的位置关系是各省高考的重点考查内容,它要求学生有清晰的解题思路和过硬的运算能力及灵活的运算方法。圆锥曲线中许多题目与圆有关,若选择好恰当的方法,就能简化运算。
  下面举例说明,如何求解此问题。
  策略1:利用直角三角形,斜边的中线等于斜边的一半。
  例1:曲线C是中心在原点,焦点在x轴上的双曲线的右支,已知它的右准线方程为l:x=,一条渐近线方程是y=x,线段PQ是过曲线C右焦点F的一条弦,R是弦PQ的中点。
  (1)求曲线C的方程;
  (2)当点P在曲线C上运动时,求点R到y轴距离的最小值;
  (3)若在直线l的左侧能作出直线m:x=a,使点R在直线m上的射影S满足·=0。当点P在曲线C上运动时,求a的取值范围。
  解:(1)双曲线方程x2-=1 (x>0)。
  (2)点R到y轴距离的最小值为2。
  (3)S满足·=0,则S是以R为圆心,|RP|为半径的圆上一点。|RP|=|PS|=xR-a而|PQ|=|PF|+|QF|,由双曲线第二定义:==2
  ∴|PQ|=2(x1+x2-1)=4xR-2
  得2xR-1=xR-a,即xR=1-a
  由第2问可知|xR|≥2 ∴a≤-1
  评注:本题中利用|RS|=2|PQ|,把它转化为弦长问题,而弦所在直线又过焦点,又可用第二定义,从而使问题简化为利用第2问题结果而若设S和直线PQ的斜率,利用·=0的思路,计算将非常繁琐。
  策略2:与圆有关圆锥曲线题中,经常会出现点在圆内或圆上及圆外等情况,这时可利用数量积小或等于及大于零进行求解,将能简化运算。
  例2:(2010,浙江高考)已知m>1,直线l:x-my-=0,椭圆C:+y2=1,F1、F2分别为椭圆C的左、右焦点。
  (1)当直线C过右焦点F2时,求直线l的方程;
  (2)设直线l与椭圆C交于A、B两点,△AF1F2,△BF1F2的重心分别为G、H,若原点O在以线段GH为直径的圆内,求实数m的取值范围。
  分析:·= ||·||cosθ=x1·x2+y1·y2,若点O在圆内,则OG与OH所成角必大于90°,则·<0,等价于x1·x2+y1·y2<0即可:
  解:(1)所求直线l:x-y-1=0
  (2)设A(x1,y1)B(x2,y2),点O在以GH为直径的圆内,则·<0,而= = 即·<0
  x=my++y2=1 2y2+my+-1=0
  則△>0知m2<8且有y1+y2=-, y1·y2=-
  ·=(my1+)(my2+)+y1·y2=(m2+1)(-)=0
  ∴-<0 即m2<4
  得上m>1m2<8m2<4 ∴m∈(1,2)为所求;
  评注:本题中若利用2|MO|<|GH|再求两点间的距离,计算将非常繁琐,而直接抓住·<0,则简化了计算,将解题思路变得一目了然。
  策略3:若求两个点在某一圆上时,可利圆心距所在直线与弦所在直线垂直求解:即·=0
  例3:已知双曲线-=1的离心率e=,过点A(0,-b)和B(a,0)的直线与原点的距离为。
  (1)求双曲线的方程;
  (2)直线y=kx+m(k≠0,m≠0)与双曲线交于不同的两点C、D,且C、D两点都在以A为圆心的同一圆上,求m的取值范围。
  解:(1)双曲线方程-y2=1;
   (2)设C(x1,y1)、D(x2,y2) 3CD的中点为
  P(x0,y0),利用·=0或kAP·kCD=-1
  -y2=1y=kx+m 消去y;(1-3k2)x2-6kmx-3m2-3=0
  所以△=12m2+12-36k2>0 ……………………………(1)
  x1+x2= y1+y2=
  则P(,)
  kAP·kCD=-1 得3k2=4m+1……………………………(2)
  把(2)代入(1)中 得m2-4m>0
  而3k2=4m+1>0 ∴m的范围:(-,0)∪(4,+∞);
  小结:解析几何中有关圆的解题策略,其核心要抓住圆的几何性质。另外,我们还要借助向量的工具性来简化计算,使解题变得轻松从而提升学生的自信心。
  (作者单位:江西省赣县中学南校区)
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