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“助人为乐”的参数

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借物抒情、以物寓情、借喻指代、咏物拟人、穿越联想等都是诗歌的表现手法.数学虽以严谨的理性见长,但数学绝不拒绝诗意,连革命导师列宁都说:“有人认为,只有诗人才需要幻想,这是愚蠢的偏见!数学也是需要幻想的,若没有幻想,就不可能发明微积分.”说得多好啊!数学是理性的,但又是富有诗意的,如最重要的无理数之一π就充满了诗意,全宇宙的圆,其周长与直径之比都等于π.若用弧度制计量角的大小,那么就有“180°=π”这个“匪夷所思”的等式!y=kx+b(k≠0),明明是一次函数,却有“直线y=kx+b”之说.有人非常惊讶:这不是“指鹿为马”吗?哦,在文学修辞中,这叫做借代,也是诗意化的一种表现手法.

一、 参数“助人为乐”的诗意理解

具有了诗意,人们视野开阔,浮想联翩,想象丰富,情感就具有了浪漫的色彩,所说、所撰的文字也就有了更强的穿透力和震撼力.诸如“月亮代表我的心”、“我听到太阳的歌声”等似乎有悖常理的诗句,人们不仅接受了,且感觉更具感染力.瓜农买了西瓜假种子,致使西瓜绝收,损失惨重,一位小学生没有写:“瓜农在哭泣”,而写:“西瓜在哭泣”,更容易使人产生情感共鸣.常见的还有这样一句话:“脸上写满了幸福”,“幸福是‘写’在脸上的吗?荒唐!”你缺乏诗意,一个“写”字,使幸福变得异常生动形象.这样一来,说参数“助人为乐”也就顺理成章了.请看下面的框图:

动点P的轨迹曲线C

在曲线C上取点Q(x,y)

x=f(t)y=g(t)

曲线C的方程F(x,y)=0

已知动点的轨迹为曲线C,欲求曲线C的方程,虽然在曲线C上可任取点Q(x,y),但有时很难发现两个变量x,y之间的直接关系,题解处于“危难”之际,参数t高喊:“我来也!”而建立x,y与参数t之间的关系比较容易,则得曲线C的参数方程.又根据需要,须将参数t消去,则又得曲线C的普通方程.回顾上述过程,参数t义不容辞地来了,又悄无声息地走了,真的是见义勇为、不图名利的高尚义举啊!所以有人联想到唐朝著名诗人李商隐的诗句:“春蚕到死丝方尽,蜡炬成灰泪始干. ”歌颂的是“春蚕、蜡炬”的奉献精神,但这里的感彩过于低沉.为扶危济困,即使献出了宝贵的生命也在所不惜.看报春的梅花,她的思想境界就高多了,“俏也不争春,只把春来报.待到山花烂漫时,她在丛中笑”!不争春的梅花最后在百花从中笑了!春蚕、蜡炬,别哭,笑吧!

设点P(m+1cos θ,sin θ).

由已知,得c=m,所以F1 (-m,0)、F2(m,0).

由PF1PF2,得F1P・F2P=0,则sin2 θ+(m+1)cos2θ-m=0.

化得m=1sin2 θ(因为P点不可能在x轴上,所以sin θ≠0),故m≥1.

此题用的到底是椭圆的参数方程,还是三角代换,已经不重要了,关键是将P点的坐标变成只含一个变量θ,使问题单纯多了.

三、 真的离不开参数吗

虽然前面说过参数有“助人为乐”的优秀品质,但“自尊心”特强的人说:我就是不想去麻烦它!这就有了一个非常尖锐的问题,真的离不开参数吗?例1用参数θ可使题解简捷一些,但不用参数也可以解决.可也要知道,在某些时候,参数却是非用不可的哦!

例2

在直角坐标系xOy中,设点A(2,0),B与C是y轴上的两个动点,且满足BC=2,求ABC的外心Q的轨迹.

图1

如图1,因为B,C是y轴上的动点,所以这两点的纵坐标为变量.又BC=2,所以可设B(0,t-1)、C(0,t+1),其中的t为参数.

则线段BC的垂直平分线为l1:y= t .①

当B不与原点O重合时,可求得线段AB的垂直平分线

l2:y-t-12=2t-1(x-1)(t≠1) . ②

将①代入②式,得y-y-12=2y-1(x-1)(y≠1),

化得y2=4(x-34)(y≠1) .③

又当y=t=1时,AB的斜率为0,直线l2的斜率不存在,此时C(0,2),RtABC的外心为AC的中点Q(1,1),也满足方程③.

故ABC的外心Q的轨迹方程即为y2=4(x-34),表示顶点在(0,34),开口向右的抛物线.

在这里,ABC两边的垂直平分线方程中都含参数t,这是根本回避不了的.改变心态吧,参数是来帮助我们的,它使我们在解题时实现化阻为通、化繁为简,对它该有一颗“感恩”的心才是.BC是在y轴上作平行移动的线段,t可称为“线参数”,简称“线参”.“线参”与平移有关,宝贵经验!

例3

在直角坐标系xOy中,ABC是等腰直角三角形,A为直角顶点,A,C分别在x轴、y轴上滑动,求另一顶点B的轨迹的普通方程.

设AC=AB=a(为正常数),B(x,y),∠OAC=θ.

辅助线如图2,不难得x=acos θ+asin θ, ①

y=acos θ. ②

图2

将②式代入①,得x=y+asin θ,即x-y=asin θ,

所以(x-y)2+y2=a2, 化为x2-2xy+2y2-a2=0.

又由①知|x|≤2a,由②知|y|≤a.

故点B的轨迹的普通方程为x2-2xy+2y2-a2=0(|x|≤2a,|y|≤a).

此题中的ABC 在旋转呢,所以选择参数θ,被称为“角参”.哦,平移与“线参”有关,旋转与“角参”有关,这是两种最基本的选参方式.

参数应用的范围很广,决不仅仅限于轨迹方程问题,请看下例:

例4

已知点P(x,y)是圆x2+y2=2y上的动点.

(1) 求2x+y的取值范围;

(2) 若x+y+a≥0恒成立,求实数a 的取值范围.

不用参数方程,此题也能解决,但必须承认参数方程在特定情境中解决问题时的优越性.

(1) 由x2+y2=2y,可得x2+(y-1)2=1,所以可设x=cos θ,y=1+sin θ(θ∈R).

则2x+y=2cos θ+sin θ+1=

5sin (θ+φ)+1∈\[1-5,1+5\].

(2) 同(1)所设,转化为cos θ+sin θ+1+a≥0恒成立,即a≥-(cos θ+sin θ+1)恒成立.

又cos θ+sin θ+1=2sin (θ+π4)+1的最小值为1-2,

所以-(cos θ+sin θ+1)的最大值为2-1,故a≥2-1.

有两点感慨:我们已与参数建立了深厚的感情,虽然参数绝对不能“包打天下”,但它也是我们的好帮手,在某些关键时刻它可以帮我们“化险为夷、遇难成祥”;在前面谈到三角代换时,涉及到引入辅助角的变换,在后来的解题中竟不止一次用到了这种重要变换,可见其威力.