一、引言
近幾年的江蘇卷,解析幾何除了考查相應的知識點以外,更重要的是考查學生的計算能力。學生對很多問題有思路,但是真正到計算的時候往往又錯誤百出。為此,我專門挑選了2011年江蘇卷中的解析幾何題目作為例題來強化學生的計算,并促成學生養(yǎng)成解后反思的習慣。
二、課堂實錄
師:今天這節(jié)課,我們來看看在解析幾何中如何算,能否少算甚至不算。
?。ㄍ队俺隼})(2011年江蘇卷第18題)如圖,在平面直角坐標系xOy中,M、N分別是橢圓+=1的頂點,過坐標原點的直線交橢圓于P,A兩點,其中點P在第一象限,過P作x軸的垂線,垂足為C,連接AC,并延長交橢圓于點B.設直線PA的斜率為k.對任意k>0,求證:PA⊥PB.
師:這是這道題目的第三問,也是區(qū)分度非常高的一問,我們一起討論一下如何解決?
?。▽W生互相討論,有的已經(jīng)開始動筆算)
生1:直接根據(jù)題意,求出PB的斜率。
師:求PB的斜率還缺那些條件?
生1:P點坐標、B點坐標。
師:如何求上述點的坐標。
生1:直線AP的方程和橢圓的方程聯(lián)列,可以得到A、P兩點的坐標,以及C點的坐標。
師:那B點坐標呢?
生1:直線AB的方程與橢圓的方程聯(lián)列,可以得到B點坐標。
師:很好,請大家按照生1的思路來算算看。
?。〞r間在一分一秒地過去,但是學生的解答始終不盡如人意)
師:生1,你算得怎樣了?
生1:沒有,太煩了,而且都是字母運算。
師:不能因為煩就放棄了,我們大家一起來試試看。
師:聯(lián)列直線AP的方程和橢圓的方程可以得到P點坐標,多少?
生眾:P(,),A(-,-)
師:直線AC的方程是y=(x-)(在黑板上邊算邊講),把它和橢圓的方程聯(lián)列,得到一元二次方程(2+k)x-x-=0(*),注意這個方程的一個根就是點A的橫坐標-,所以不用直接解方程,利用未達定理可以得到B點的橫坐標是,縱坐標是,所以k====-,所以PA⊥PB。
生眾:哇噻,老師你太厲害了!
師:生1,你剛才計算到哪一步被卡住了?
生1:把直線AC的方程與橢圓的方程聯(lián)列,后面感覺太繁了,沒有敢接著往下算。
師:的確,這里聯(lián)列得到的是二元二次方程組,次數(shù)高,未知量多,如果不是后來發(fā)現(xiàn)了“方程的一個根就是點A的橫坐標”這個隱含條件的話,后面根本無法算下去,那么這種思路也只能停留在理論上了。
師:能否有計算稍微簡便的方法?
生2:我有一個和生1相反的思路,這里我也求點B坐標,但是我不用直線AC的方程與橢圓的方程聯(lián)列,而是把直線AC的方程和直線PB的方程聯(lián)列,這樣得到的是二元一次方程組,次數(shù)低一點。
師:直線PB的方程沒有呀?
生2:假設PA⊥PB,把直線AC的方程和直線PB的方程聯(lián)列得到點B坐標,然后證明點B在橢圓上,行不?
師:這種方法行嗎?
?。ù蠹一ハ嘤懻摚粫?,生3舉起了手)
生3:應該可以的,好像是初中的“同一法”。
師:說得具體點。
生3:假設PA⊥PB,把直線AC的方程和直線PB的方程聯(lián)列得到點B坐標,再證明點B在橢圓上,這樣點B′與點B重合,由此得到PA⊥PB。
師:嗯,思路不錯,不知道能否算出來,請大家試試看。
生眾:啊……
?。ㄟ^了近十分鐘,我請全班數(shù)學計算最好的生4來敘述解答過程)
生4:l∶y=(x-),l∶y-=-(x-),聯(lián)列得到B′(,);把點B′的坐標代入橢圓的方程有[]+2[]=4,所以點B在橢圓上,點B′與點B重合,所以PA⊥PB。
師:雖然改變了方法,簡化了運算,但是由于字母的存在,還需要大家具備必要的計算能力。
師:下面我們來欣賞一種運算更為簡單的方法。由于要證明PA⊥PB,所以我們主要看斜率之間的關系,設P(x,y),B(x,y),則A(-x,-y),C(x,0)設直線PB,AB的斜率分別為k,k,由第一種方法我們知道k=,所以kk=2kk=2··===-1,即PA⊥PB。
(學生一片驚訝之聲)
師:這個方法計算量很小,這里面我們雖然設了兩個點的坐標,共四個未知量,但是最終都沒有求,直接通過運算,以及坐標之間的關系得到了PA⊥PB,這種方法稱為“設而不求”,這是解題的最高境界。
師:以上我們通過三種方法解決這個問題,前兩個是大家想出來的,后一個是我給出的。從思路簡單的角度來看,第一種方法最好想;從運算的簡單程度來看,無疑第三種方法是最好的。我想大家都希望在高考的考場上一下子就想到第三種方法,對吧?
生眾:是的。
師:這就要求我們在平時解題的過程中要多反思,通過不斷探索—反思—探索—反思這樣的循環(huán)反復,你的解題能力才能得到提高。
師:本題中由于k=,所以我們可以得到k·k=-,對照這個題目的條件和結論,我通過猜想,得到這個命題:若M,N是橢圓E:+=1(a>b>0)上關于原點對稱的兩個點,點P是橢圓上任意一點,當直線PM,PN的斜率都存在,并記為k,k時,那么k與k之積是與點P位置無關的定值,定值是-。這個命題是否正確,留給大家課后證明;同時請大家再反思一下,雙曲線是否也有類似的命題,是否正確?
三、教學反思
在平時教學中,教師不能僅僅滿足于學生會解題就可以了,更要讓他們逐步養(yǎng)成良好的思考習慣。探索、反思、猜想、推理等都是學生在平時解題中常用的方法,只有養(yǎng)成良好的思考習慣才能使學生的能力不斷提高,從而在面對新的問題時不至于手足無措。