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解決直線和圓錐曲線綜合問題的三步策略

2014-05-30 13:59:47施雯
教育管理與藝術(shù) 2014年6期
關(guān)鍵詞:交點代數(shù)斜率

施雯

直線交圓錐曲線就會在曲線內(nèi)形成弦,在曲線上產(chǎn)生兩個交點。這一弦,兩點就構(gòu)成了命題的基礎(chǔ)元素:有弦可以涉及到弦長,有點必要研究坐標。若再和其他的一些特殊點結(jié)合在一起,形成一些特殊關(guān)系,題型就會進一步復雜化,對學生分析問題,解決問題的能力層次要求較高,運算能力要求強。學生在解答時,往往表現(xiàn)為無從下手或者半途而廢。

結(jié)合多年的教學實踐,筆者認為解決直線與圓錐曲線的問題可以采用以下策略:

一、通觀全局,局部入手,找準切入點解析幾何是用代數(shù)的方法來研究幾何問題的一門學科,因此正確,精準地找出題目中所蘊含的幾何特征是解決這類問題的先決條件。高三第一輪復習時,我都會問學生同一個問題:“在直線與圓錐曲線的相交問題中,關(guān)鍵的幾何特征是什么?”每次得到的回答幾乎是驚人的一致:“直線與曲線有兩個交點唄!”我笑而不答,卻出示了下列這一題組。

已知過點 的直線 與橢圓 交于兩點

設A ,若 ,求直線 的斜率

B是橢圓的右頂點,且 的角平分線是 軸,求直線 的斜率

以線段 為鄰邊做平行四邊形 ,其中頂點 在橢圓 上, 為坐標原點,求 到直線 距離的最小值

若以 為直徑的圓過原點,求直線 的斜率

點 為直線 與該橢圓在第一象限的交點,平行于 的直線 交橢圓于 兩點,求證:直線 與 軸始終圍成一個等腰三角形

該例題以直線 與橢圓交于兩點作為公共條件,但在此條件下,卻展現(xiàn)了五種不同的問題情境。讀完此題組,同學們頓悟:直線 與橢圓交于兩點只是這一類問題的背景,而直線或交點與一些特殊點結(jié)合在一起,繼而形成的那些特殊關(guān)系才是問題所要呈現(xiàn)的真正的幾何特征。將其表述出來,即為

(1) (2) 的角平分線是 軸(3)以線段 為鄰邊做平行四邊形 ,其中頂點 在橢圓 上(4)以 為直徑的圓過原點(5)直線 與 軸始終圍成一個等腰三角形,這樣的閱讀,尋找和表述,使同學們通觀全局將直線 及其兩個交點納入題目整體的范圍;又將它們和其他關(guān)鍵要素進行整合,局部入手,找尋在相交背景之下,每一題所呈現(xiàn)出的特殊幾何特征。為成功解決問題找準了切入點。

二、、由表及里,把握本質(zhì),適當轉(zhuǎn)化

不少學生在找到了幾何特征后,都迫不及待地要將該幾何特征轉(zhuǎn)化成代數(shù)關(guān)系了。但當他們用代數(shù)關(guān)系表示出第(1)小題的幾何特征后,卻一籌莫展了。究其原因,是由于學生直接從 入手,想用兩點間距離公式將其轉(zhuǎn)化成關(guān)于斜率 的方程。聯(lián)立方程后所得的交點坐標為 , 。此時。很多學生都停下了筆,因為他們已經(jīng)從 的值上預見了此方程的復雜性,覺得自己沒有能力再解到底了

從學生的解法中可以看出,使他們半途而廢的癥結(jié)所在,是直接將幾何條件 用代數(shù)關(guān)系來表示。事實上要將有關(guān)交點坐標的等式轉(zhuǎn)化成關(guān)于斜率 的方程,不外乎兩條路:其一是將直線方程代入二次曲線方程,消元,得到關(guān)于 的一元二次方程,然后利用求根公式求解,此法計算量較大 ;其二是構(gòu)造交點坐標的對稱關(guān)系式,雖然也要代入,消元,得到一元二次方程,但可利用韋達定理整體代換 ,無需利用求根公式求解,因此運算量要比“法一”低。

解題猶如打仗,不能只是忙于沖鋒陷陣,一時的局部勝利并不能說明問題,有時甚至會被局部所糾纏看不清問題的實質(zhì)所在。就像例題中的條件“ ”就只是浮在問題表面的幾何特征而絕非本質(zhì)特征。因此要想明確該題究竟是利用 “途徑一”還是“途徑二”解決,就必須由表及里,分析出幾何條件的本質(zhì)特征。為了幫助學生明確這一點,筆者設計了如下表格請學生填寫:

幾何條件 本質(zhì)特征 轉(zhuǎn)化成適當?shù)拇鷶?shù)關(guān)系

通過表格中的三步轉(zhuǎn)化,學生看出,雖然還沒有開始解題,但對于利用途徑一還是途徑二去解決本題,已經(jīng)做到心中有數(shù)。提高了“從現(xiàn)象到本質(zhì),抓住事物的本質(zhì)認識事物”的解題意識。

三、先想后算,適度求解,邁向成功

不少學生在掌握了如何將“幾何條件代數(shù)化”的方法后,紛紛來找我訴苦:“為什么目標近在咫尺,我們卻總是處于看得見,摸不到,總解不到底的尷尬境地?”筆者結(jié)合生活實際,和學生分析:圍繞目標先想后算,周密計劃,講究排兵布陣,運籌帷幄,方能決勝千里。

為了讓學生強化先想后算的解題意識,筆者讓學生練習了以下一個例題:

例2:設直線 過點 和橢圓 順次交于 兩點,若 試求 的取值范圍

分析:本題中,絕大多數(shù)同學不難得到: ,圍繞此目標先想后算,計劃好求取值范圍的兩條路線:路線一是構(gòu)造所求變量關(guān)于某個(或某幾個)參數(shù)的函數(shù)關(guān)系式。路線二是構(gòu)造關(guān)于所求量的一個不等關(guān)系。

從路線一入手:設出直線方程 ,與橢圓方程聯(lián)立。解之得: ,由對稱性:不妨設 ,

解完此題,很多學生都由衷地發(fā)出感嘆,若沒有下筆前的計劃部署,他們絕大多數(shù)拿到這個問題后的第一想法就是按照線路一去解,這樣的想法似乎很順暢,但對運算的要求比較高,一般的學生沒有這個能力解到底。若采用路線2,構(gòu)造對稱式,有韋達定理轉(zhuǎn)由不等式求范圍,就可避免上一種解法的繁瑣運算。

以上策略的應用,正是幫助學生不再被動的接受題目信息,而是主動地有選擇,有序的將陌生信息,通過自身的知識經(jīng)驗轉(zhuǎn)化成所熟識的內(nèi)容,使學生享受到成功的喜悅。

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