摘要:本文以一道測試題為例,闡述教師在教學時,對錯解的題目中的條件要素與條件要素之間、條件要素與結(jié)論要素之間,特別是文字語言與圖形語言之間的那種表面上的、隱蔽的關(guān)系,如何通過思維的創(chuàng)造公開化將其表示出來,并對相關(guān)問題進行了拓展延伸.
關(guān)鍵詞:錯解;剖析;拓展
圓錐曲線在高考中是必考的解答題,解題過程中往往會遇到大量的代數(shù)運算,因此在平時的教學過程中,教師一般會強調(diào)結(jié)合圓錐曲線的定義和平面幾何性質(zhì)去解題,可以大大減少計算量,提高解題效率. 這是好事,但如果對圖中的所有可能情形考慮不全,有時就會適得其反. 下面以一道測試題為例,希望引起同仁的關(guān)注.
測試題目:從雙曲線-=1(a>0,b>0)的左焦點F引圓x2+y2=a2的切線,切點為T,延長FT交雙曲線右支于點P,若M為線段FP的中點,O為坐標原點,則MO-MT與b-a的關(guān)系為()
A. MO-MT>b-a
B. MO-MT=b-a
C. MO-MT<b-a
D.不確定
圖1
錯解:設(shè)雙曲線的右焦點為F2,連結(jié)OM和PF2,由 M為線段FP的中點和O為兩焦點FF2的中點得MO=PF2. 由FP的中點M在切點T的右側(cè)得MT=MF-FT=?PF-FT,故MO-MT=PF2-PF-FT=(PF2-PF)+FT .由雙曲線的定義和P在右支上知PF2-PF=-2a,由相切得在直角三角形FTO中,F(xiàn)T===b,所以MO-MT=(-2a)+b=b-a. 故此題選B.
剖析:上面的思路是由中點M想到O是兩焦點的中點,利用三角形中位線這一平面幾何性質(zhì)和雙曲線的定義求解,這樣做確實很簡單,幾乎沒有計算量.這可能是許多高中數(shù)學教師的想法,也可能是命題人的意圖. 但是我們注意到這個選擇題中有答案D“不確定”,所以我們自然會提出問題:由給出的圖知線段FP的中點M在切點T的右側(cè),那么一定在右側(cè)嗎?可不可以在左側(cè)?可不可以重合?結(jié)果又會怎樣呢?
①當線段FP的中點M在切點T的右側(cè)時,如圖1所示,上面已求得MO-MT=b-a.
?、诋斁€段FP的中點M在切點T的左側(cè)時,如圖2所示,MO=PF2不變,F(xiàn)T=b不變,發(fā)現(xiàn)MT=FT-MF=FT-PF變了,此時MO-MT=PF2-FT-PF=(PF2+PF)-FT=(PF2+PF)-b,由雙曲線的定義和P在右支上知PF=PF2+2a,此時MO-MT=(PF2+PF2+2a)-b=PF2+a-b,無法確定和b-a的大小關(guān)系. 此時好像進入了死胡同,但是當我們回過來看一下MO=PF2,MT=b-PF時,我們感覺要想利用雙曲線的定義,計算MO-MT肯定不好,最好計算MO+MT,此時MO+MT=b+(PF2-PF)=b+(-2a)=b-a,到此結(jié)果水落石處,顯然所求的MO-MT<MO+MT,即MO-MT<b-a.
③當線段FP的中點M和切點T重合時,如圖3所示,結(jié)果如何呢?
我們可能會犯習慣性思維的錯誤,認為MO-MT>b-a,果真如此嗎?我們來看一下.
MO=OT=a,MT=0,此時MO-MT=a.由 M為線段FP的中點和O為FF2的中點得MO=PF2,即PF2=2a. 又PF=2FM=2b,由雙曲線的定義和P在右支上知PF-PF2=2a,即2b-2a=2a,即b-a=a,所以此時MO-MT=b-a.
綜上,此題選D.
點評:1. 由中點M想到O是兩焦點的中點,利用三角形中位線這一平面幾何性質(zhì)和雙曲線的定義求解,這確實是一個好的解題思路,但容易漏掉后面兩種情形,特別是處理第2種情形時思維跨度比較大.
2. 因為這是一個選擇題,所以有另一種解法:看到MO-MT,易想到△MTO中兩邊之差的絕對值小于第三邊,從而有MO-MT≤TO,即MO-MT≤a(當且僅當M和T重合時取“=”). 我們可以先看M和T重合時,易得b=2a,MO-MT=b-a. 因為答案D為不確定,所以還得再看M和T不重合的情形,b≠2a,即b>2a或b<2a,而當b>2a時,b-a>a,因為MO-MT<a,所以此時MO-MT<b-a. 到此顯然選D.
拓展1:從雙曲線-=1(a>0,b>0)的左焦點F引圓x2+y2=a2的切線,切點為T,延長FT交雙曲線右支于點P,若M為線段FP的中點,O為坐標原點,則MO-MT的值是__________.
分析一:由中點M想到O是兩焦點的中點,利用三角形中位線這一平面幾何性質(zhì)和雙曲線的定義進行求解.
解法一:①當線段FP的中點M在切點T的右側(cè)時,上面已求得MO-MT=b-a. (直角三角形中,斜邊MO>直角邊MT,得MO-MT>0,即b>a;由三角形中兩邊之差的絕對值小于第三邊得MO-MT<TO,即b-a<a,即b<2a,故此時a<b<2a).
②當線段FP的中點M和切點T重合時,上面已求得MO-MT=b-a(b=2a).
③當線段FP的中點M在切點T的左側(cè)時,由上面得到MO+MT=b-a,發(fā)現(xiàn)在直角三角形MTO中MO2-MT2=TO2=a2,從而MO-MT==(由直角三角形中斜邊MO>直角邊MT得MO-MT>0,即>0,即b>a;由三角形中兩邊之差的絕對值小于第三邊得MO-MT<TO,即<a,即b>2a,所以此時b>2a).
綜上,當線段FP的中點M在切點T的左側(cè),即b>2a時,MO-MT=;
當線段FP的中點M在切點T的右側(cè),即a<b<2a時,MO-MT=b-a;
當線段FP的中點M和切點T重合,即b=2a時,MO-MT=b-a.
分析二:在直角三角形MTO中,已知一直角邊TO=a,要求的是斜邊MO減去另一直角邊MT,只要求出其中一個,另一個由勾股定理求之.考慮先求MO,就是求PF2,可在△PF2F中由余弦定理求解.
解法二:在Rt△FTO中,cos∠TFO==.
在△PF2F中,設(shè)PF2=x,則PF=x+2a,F(xiàn)F2=2c,由余弦定理得cos∠PFF2==,化簡得(b-a)x=a2+c2-2ab,將c2=a2+b2代入得(b-a)x=2a2+b2-2ab=a2+(b-a)2(顯然b-a>0,若b-a≤0,上述方程無解),故x==b-a+,MO=PF2=x=b-a+,
在Rt△MTO 中,TO=a,由勾股定理得MT=====(b-a)-=(b-a)-(b>2a),-(b-a)(a 綜上,當b>2a時,MO-MT=;當a<b≤2a時,MO-MT=b-a.
點評:解法一雖然簡單,但容易漏掉其他情形,且點M在左側(cè)時的處理方法很難想到;解法二雖然計算量相對大一點,但比較保險、全面. 另外由上面的兩種解法容易得到以下兩個命題.
拓展2:從雙曲線-=1(a>0,b>0)的左焦點F引圓x2+y2=a2的切線,切點為T,延長FT交雙曲線右支于點P,若M為線段FP的中點,O為坐標原點,則MO+MT與b-a的關(guān)系為()
A. MO+MT>b-aB. MO+MT=b-a
C. MO+MT<b-aD. 不確定
提示:參考上面測試題的兩種解法均可得答案D. 具體大小關(guān)系如下:當線段FP的中點M和切點T重合或在左側(cè)時,MO+MT=b-a;當線段FP的中點M在切點T的右側(cè)時,MO+MT>b-a.
拓展3:從雙曲線-=1(a>0,b>0)的左焦點F引圓x2+y2=a2的切線,切點為T,延長FT交雙曲線右支于點P,若M為線段FP的中點,O為坐標原點,則MO+MT的值是__________.
提示:參考上面拓展1的兩種解法均可得,當線段FP的中點M在切點T的左側(cè),即b>2a時,MO+MT=b-a;當線段FP的中點M在切點T的右側(cè),即a<b<2a時,MO+MT=;當線段FP的中點M和切點T重合,即b=2a時,MO+MT=b-a.
反思:在高考模擬題或預(yù)測題中,命題者確實給我們提供了不少考查思維能力的好題,如上面的測試題和拓展題,作為一線教師的我們不能只局限于參考答案,做一做差不多就行了,而要通過思維的創(chuàng)造將隱蔽的聯(lián)系公開化,也就是多給自己一點時間去思考,從多個角度去分析問題,多跟其他教師交流,課堂上多讓學生去提出問題、發(fā)表見解,多給自己一點時間去反思、總結(jié),也許問題就會解決得比較簡潔、透徹和完美了.