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巧用“設(shè)而不求法”求解高考題

2011-12-29 00:00:00傅昌敏
考試周刊 2011年83期


  摘 要: 本文以幾道高考題為例,闡述直線和圓錐曲線相交,涉及交點坐標(biāo)問題且計比較復(fù)雜時,可巧設(shè)一些輔助元(參數(shù)),然后在解題過程中,巧妙地消去輔助元(參數(shù)),而不必求出這些輔助元(參數(shù))的值,以優(yōu)化解題過程,使計算過程更為簡捷.
  關(guān)鍵詞: “設(shè)而不求” 高考題 設(shè)參數(shù) 消參數(shù)
  
  高考題一直注重對考生的數(shù)學(xué)基本能力的考查,特別是強調(diào)考查考生的運算求解能力.在平時的教學(xué)中,我們感觸最深的是一些學(xué)生計算時不講究技巧和策略,只要一遇到計算稍微復(fù)雜一些的題目就放棄.因此尋找簡捷、合理的運算途徑是運算求解能力的核心.而“設(shè)而不求”就是在運算求解時比較好的一種方法,可以大大地減少繁瑣的計算量.具體地講,“設(shè)而不求”就是指在解題時,可設(shè)一些輔助元(參數(shù)),然后在解題過程中,巧妙地消去輔助元(參數(shù)),而不必求出這些輔助元(參數(shù))的值(有時也求不出),以優(yōu)化解題過程,使解題方法便捷.下面以幾道高考中的解析幾何題為例來說明,希望能為高中數(shù)學(xué)教學(xué)提供一些幫助.
  例1.(2011年江蘇第8題)在平面直角坐標(biāo)系XOY中,過坐標(biāo)原點的一條直線與函數(shù)f(x)=的圖像交于P、Q兩點,則線段PQ長的最小值是?
  解:設(shè)P(x,y),則y=,由題知P、Q關(guān)于原點對稱,得Q(-x,-y),PQ==≥=4,當(dāng)且僅當(dāng)x=±時,線段PQ長的最小值是4.
  例2.(2011年江蘇第18題)如圖,在平面直角坐標(biāo)系XOY中,M、N分別是橢圓+=1的頂點,過坐標(biāo)原點的直線交橢圓P、A兩點,其中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(shè)直線PA的斜率為k,
  (1)若直線PA平分線段MN,求K的值;
  (2)當(dāng)K=2時,求點P到直線AB的距離;
 ?。?)對任意k>0,求證:PA⊥PB.
  (1)和(2)問的答案省略.只看第(3)問:
  證法一:設(shè)P(x,y),B(x,y)則A(-x,-y),
  C(x,0),由C在直線AB上得:
  k===k,即=2
  所以k?k=?=?2=2①
  由P,A,B在橢圓上得+=1,+=1,因此y-y=2(1-)-2(1-)=(x-x),將其代入①
  得k?k=-1,所以PA⊥PB.
  證法二:設(shè)P(x,y),B(x,y)則A(-x,-y),C(x,0),x>0,x>0,且x≠x,由P,A,B在橢圓上得+=1,+=1,
  兩式相減得=(-)①
  由A,B,C三點共線得k=k,即=②
  將①②兩式依次代入k==(-)=(-)×=-,
  又k=,所以k?k=-1,即PA⊥PB.
  證法三:設(shè)P(x,y)則A(-x,-y),C(x,0),k=,+=1,
  又可得直線AC的方程是y+y=(x+x)①
  過點P作AP的垂線l,則垂線l的方程是y-y=-(x-x)②
 ?、佗趦墒较喑说脃-y=-(x-x),整理得y+x=y+x,
  進一步得+=+=1,
  即直線l與直線AC的交點在橢圓+=1上.得證.
  評注:此法顯然比證法一和證法二更為簡捷,它實質(zhì)是我們求軌跡和軌跡方程中的一種特殊的方法——“交軌法”,當(dāng)然也是設(shè)而不求法的一個特例.做題時要靈活選擇解題方法.
  證法四:設(shè)P(2cosα,sinα),B(2cosβ,sinβ),則A(-2cosα,-sinα),
  C(-2cosα,0),由A,B,C三點共線得k=k,即=.
  代入k==×2,因k=,
  所以k?k=×2×===-1,即PA⊥PB.
  例3.(2010年江蘇第18題)在平面直角坐標(biāo)系xoy中,如圖,已知橢圓+=1的左右頂點為A,B,右焦點為F,設(shè)過點T(t,m)的直線TA,TB與橢圓分別交于點M(x,y),N(x,y),其中m>0,y>0,y<0.
  (1)(2)問略,(3)設(shè)t=9,求證:直線MN必過x軸上的一定點(其坐標(biāo)與m無關(guān)).
  分析:此問可采取“設(shè)而不求”,即首先設(shè)M(x,y),N(x,y),然后由已知條件M,N在橢圓上和A,M,T與B,N,T三點共線得到關(guān)于x,y,x,y的方程,最后思考由上面的方程如何處理,消去參數(shù)m才能得到直線MN過x軸上的一定點(h,0),即化成如下形式=.
  證明:A(-3,0),B(3,0),T(9,m),M(x,y),N(x,y),-3<x<3,-3<x<3
  由A,M,T三點共線得k=k,即=,
  由B,N,T三點共線得k=k,即=,
  上兩式消去參數(shù)m得=①
  由M,N在橢圓上得+=1,+=1,即==②
  將①代入②得=,化簡得=③
 ?、墼俅擘偈降?=
  若x≠1,由上式可進一步得到==,即=.
  即M點與點(1,0)的斜率和N點與點(1,0)的斜率相等,即直線MN過定點(1,0).若x=1,由③得x=1,此時直線MN也過點(1,0).
  綜上,直線MN必過x軸上的一定點(1,0).
  評注:1.此問若按常規(guī)思路,將含參數(shù)m的直線AT、BT的方程和橢圓方程分別聯(lián)立,求出M、N的坐標(biāo)后,再求直線MN的方程,最后找定點,那么運算過于繁雜.因此在2010年高考中此問全省很少有考生做出來.
  2.由以上幾個高考題可知,“設(shè)而不求”法實質(zhì)上是一種整體代換,說簡單點就是設(shè)了參數(shù),但在解題過程中,不需求出參數(shù)的具體值,而在運算過程中被消掉,只是起到了橋梁作用,如上面的“交軌法”、“點差法”、“參數(shù)法”等.它主要適合于直線和圓錐曲線(橢圓、雙曲線、拋物線)相交時,涉及交點坐標(biāo)的問題.具體的第一種做法是:首先設(shè)交點坐標(biāo)是(x,y),(x,y);然后由已知條件列出所有關(guān)于x,y,x,y的方程;最后思考由上面的方程如何處理(比如是y-y還是,還是y+y或y×y,等等),才能得到所需要的結(jié)果.第二種做法是:借助于參數(shù)方程求解.做題時可靈活選取.

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