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圆锥锥曲线中类比探究的切入点

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探究性学习是新课改的最强音,也是激活高三复习思维品质的“强心剂”.类比是根据两个对象间的相似性,由一个对象联想到另一个对象也可能具有某种属性的思维方法,是一种由此及彼的合情推理,是合情推理的重要推理手段,也是探究性学习的“前奏”.圆锥曲线是高中数学的主干知识,圆锥曲线中有许多结构和谐、内容统一的性质,耐人寻味,是引导学生进行探究学习的良好素材,而探究往往从类比开始,类比能不断引导学生正确的探究方向,也不断激发人们的探究的热情,同时也为我们的命题者开拓命题思路,本文主要谈谈在圆锥曲线中进行类比探究的几个切入点

1 “统一”类比

圆锥曲线不仅有统一的定义、统一的坐标方程,还有许多统一的性质,所以从“统一”类比的角度去看圆锥曲线的内在关系,是一件非常自然的事情,也是我们探究圆锥曲线性质的重要切入点.

例1 (1) 设A、B是椭圆x2a2+y2b2=1上的任意两点,M是线段AB的中点,若直线AB、OM的斜率都存在,则 kOM・kAB为定值e2-1.(e为离心率)

(2) 设A、B是双曲线x2a2-y2b2=1上的任意两点,M是线段AB的中点,若直线AB、OM的斜率都存在,则 kOM・kAB为定值e2-1. (e为离心率)

证明:(1) 设A(x1,y1),B(x2,y2), 则

x21a2+y21b2=1①

x22a2+y22b2=1②

由①-②得:x21-x22a2+y21-y22b2=0, 即

(x1-x2)(x1+x2)a2+(y1-y2)(y1+y2)b2=0,

所以 k1=y1-y2x1-x2=-b2a2・x1+x2y1+y2=

-b2a2・2xM2yM=-b2a2・1k2,

即 k1k2=-b2a2=c2-a2a2=e2-1,证毕.

(2) 略.

例2 (1) 设A(x1,y1)为椭圆x2a2+y2b2=1上的任意一点,过点A作一条斜率为x1y1(e2-1)的直线l,设d为原点至直线l的距离,r1、r2分别为点A到椭圆两焦点F1、F2的距离.则r1r2d=常数.

(2) 设A(x1,y1)为双曲线x2a2-y2b2=1上的任意一点,过点A作一条斜率为x1y1(e2-1)的直线l,设d为原点至直线l的距离,r1、r2分别为点A到双曲线两焦点F1、F2的距离.

则 r1r2d=常数.

证明:(1) 易求直线l的方程为:xx1a2+yy1b2=1,则 d=a2b2b4x21+a4y21=a2ba4-c2x21,

由椭圆的焦半径公式得:

r1r2=(a+ex1)(a-ex1)=

a2-e2x21=1a2a4-c2x21,

所以 r1r2d是定值=ab(常数).

(2)略.

例3 (1) 已知F1,F2是椭圆x2a2+y2b2=1的两个焦点,P为椭圆上异于顶点的任意一点,O为坐标原点,则PF1F2的内切圆的圆心必在直线x=a上;

(2) (2006江西省高考试题改编)已知F1,F2为双曲线x2a2-y2b2=1 (a>0,b>0且a≠b)的两个焦点,P为双曲线右支上异于顶点的任意一点,O为坐标原点,则PF1F2的内切圆的圆心必在直线x=a上;

引申:(1) 已知F1,F2为椭圆x2a2+y2b2=1 (a>b>0)的两个焦点,P为椭圆上异于顶点的任意一点,动圆M与线段F1P、F1F2的延长线及线段PF2相切,则圆心M的轨迹为除去坐标轴上的一条直线.

(2) 已知F1,F2为双曲线x2a2-y2b2=1 (a>0,b>0且a≠b)的两个焦点,P为双曲线上异于顶点的任意一点,动圆M与线段F1P、F1F2的延长线及线段PF2相切,则圆心M的轨迹为除去坐标轴上的一条直线.

2 “正负”类比

圆锥曲线的很多性质中往往是以对偶的形式出现的,比较典型的形式是正负成对出现等,如果抓住了圆锥曲线这个特点对有关问题进行类比探究,往往为我们探究学习提供正确的探究方向与目标,是我们探究学习的“快捷方式”.

例4 (1) 已知椭圆C1:x2a2+y2b2=1 (a>b>0)的左准线l,左焦点和右焦点分别为F1和F2;抛物线C2的准线为l,焦点为F2;C1与C2的一个交点为M,则|F1F2||MF1|-|MF1||MF2|等于1.

(2) 双曲线C1:x2a2-y2b2=1 (a>0,b>0)的左准线为l,左焦点和右焦点分别为F1和F2;抛物线C2的准线为l,焦点为F2;C1与C2的一个交点为M,则|F1F2||MF1|-|MF1||MF2|等于-1.

证明:(1) 由题意及椭圆的第二定义得:

|MF1||MF2|=e,

即 |MF2|=1e|MF1|,又由椭圆的定义得:|MF1|+1e|MF1|=2a,

所以 |MF1|=2aca+c

|F1F2||MF1|-|MF1||MF2|=2c2aa+c-ca=1.

(2) 略.

引申1:(1) 椭圆C1:x2a2+y2b2=1的左准线为l,左、右焦点分别为F1和F2;抛物线C2的准线为l,焦点为F2,C1与C2的一个交点为M,线段MF2的中点为G,O是坐标原点,则|OF1||MF1|-|OG||MF2|的值为12.

(2) 双曲线C1:x2a2-y2b2=1 (a>0,b>0)的左准线为l,左焦点和右焦点分别为F1和F2;抛物线C2的准线为l,焦点为F2;C1与C2的一个交点为M,线段MF2的中点为G,O是坐标原点,则|OF1||MF1|-|OG||MF2|的值为-12.

引申2:(1) 椭圆x2a2+y2b2=1 (a>b>0)的左准线为l,左焦点和右焦点分别为F1和F2,抛物线C2的准线为l,焦点为F2;C1与C2的一个交点为M,且∠F1MF2=θ,则a4-c4-2a3ccosθ2ac3等于1.

(2) 双曲线C1:x2a2-y2b2=1 (a>0,b>0)的左准线为l,左焦点和右焦点分别为F1和F2,抛物线C2的准线为l,焦点为F2;C1与C2的一个交点为M,且∠F1MF2=θ,则a4-c4-2a3ccosθ2ac3等于-1.

证明:(1) 由例4的推导过程可知:

|MF1|=2aca+c,|MF2|=2c2a+c,

在MF1F2中由余弦定理得:

(2aca+c)2+(2c2a+c)2-2(2aca+c)(2c2a+c)2cosθ=(2c)2,整理得:

a4-c4-2a3ccosθ2ac3=1.

(2) 略.

参考文献

苏立标.探求以e2-1为定值的圆锥曲线问题.中学数学教学参考,2006(5)

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