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一题三法击破“定直线”

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【摘要】 “定直线”问题属于高考的一类热点问题,近些年有综合发展趋势,笔者就一道优质试题为例探讨它的基本求解策略.

【关键词】 一题三法;定直线;高考

例 当过点P(4,1)的动直线l与椭圆C: x2 4 + y2 2 =1相交于两不同点A,B时,在线段AB上取点Q,满足|AP|・|QB|=|AQ|・|PB|,证明:点Q总在某定直线上.

分析 设法将“某定直线”明确即可,可从主条件“|AP|・|QB|=|AQ|・|PB|”入手,转化为向量形式,分解向量将其坐标化.

证明 法1:设点Q,A,B的坐标分别为(x,y),(x1,y1),(x2,y2),由题设知|AP|,|PB|,|AQ|,|QB|均不为零,记λ= |AP | |PB | = |AQ | |QB | ,则λ>0且λ≠1,又A,P,B,Q四点共线,从而引入向量,有AP =-λPB ,AQ =λQB ,

4= x1-λx2 1-λ ,1= y1-λy2 1-λ ,

x= x1+λx2 1+λ ,y= y1+λy2 1+λ , ()

x21-λ2x22 1-λ2 =4x, (1)

y21-λ2y22 1-λ2 =y. (2)

点A,B在椭圆C上,

x21+2y21=4, (3)

x22+2y22=4. (4)

由(1)+(2)×2并结合(3)(4)得

4x+2y= (x21+2y21)-λ2(x22+2y22) 1-λ2 =4,

点Q(x,y)总在定直线2x+y-2=0上.

在()的四个等式中,没法将所设参数“一一解出”,对这4个式子如何变形很重要,考虑要利用(3)(4)式,可以尝试将()中的第一和第三式相乘,变成“平方”形式,同理,将第二和第四式相乘,得到的(1)(2)式只有平方项,没有交叉项(即xy项),类似这样的处理,可以较为容易地利用已知条件来消参,上述解法中,是用了设⑾参的策略,就一般情况求得定直线方程,其实动点Q的轨迹就是这条直线在椭圆内的那部分(线段).

若从运动变化的观点来思考,可有如下解法:

法2:过点P(4,1)作椭圆的两条切线,设切点分别为C,D,则切点弦的直线方程为 4・x 4 + 1・y 2 =1,即2x+y-2=0,转动直线lAB,当lAB与椭圆相切时,此时A,Q,B三点重合于切点C(或D),仍然满足|AP|・|QB|=|AQ|・|PB|,于是猜想:点Q(x,y)总在定直线2x+y-2=0上.

这里再给出一种方法.

法3:设直线AB的方程为y-1=k(x-4),将其代入 x2 4 + y2 2 =1,可得

(1+2k2)x2-(16k2-4k)x+32k2-16k-2=0.

|AP|・|QB|=|AQ|・|PB|,

AP PB = AQ QB ,

4-x1 4-x2 = x-x1 x2-x .

即8x+2x1x2-(x1+x2)(x+4)=0.

由韦达定理可得

x1+x2= 16k2-4k 1+2k2 ,x1x2= 32k2-16k-2 1+2k2 ,

代入上式可得x= 4k+1 2+k .

将x= 4k+1 2+k 代入y-1=k(x-4),得y= -6k+2 2+k ,

x= 4k+1 2+k ,y= -6k+2 2+k , 消去参数k可得2x+y-2=0,

体会这三种解法,发现本题其实还可以做进一步的推广:

设点P(x0,y0)是椭圆C: x2 a2 + y2 b2 =1(a,b>0,a≠b)外一点,过点P的动直线与椭圆C相交于两个不同点A,B时,在线段AB上取点Q,满足|AP|・|QB|=|AQ|・|PB|,则点Q总在定直线 x0x a2 + y0y b2 =1上.

通过对本题的探究,我们发现解决“定直线”问题的求解策略是:通过设方程最终将变量置于一个或几个(尽量少)方程(或等式)中,或直接消去参变量而获解,或通过参变量的巧妙组合观察得到,或分析结构特征转化求解,总之,解决这类问题时需要在变中寻找不变.

【参考文献】

[1]曹亦祥.几何复习教学中不要忽视“模型”的提炼――一道高失分率题引起的思考[J].中学数学月刊,2015(09):25-27.

[2]张宝娣.利用点坐标确定平面直角坐标系方法探析[J].中学数学研究(华南师范大学版),2015(07):33.