平面解析幾何研究的內(nèi)容是求曲線方程,再通過方程的特征研究曲線的幾何性質(zhì),是數(shù)與形結(jié)合的典范,體現(xiàn)了用代數(shù)的方法研究曲線的思想方法.高考中重點考查直線、圓以及圓錐曲線的定義、方程、幾何性質(zhì),直線與圓和圓錐曲線的位置關系,對同學們的思維能力、運算求解能力及數(shù)學思想方法的靈活運用要求較高.復習這部分內(nèi)容時要理清概念,掌握基本方法,特別要注意理清概念的內(nèi)涵與外延,對一些常見概念及公式的易錯點要了如指掌.本文從解析幾何的典型易錯知識與方法加以剖析,以提高大家的辨別能力,提高解題速度與正確率.
易錯剖析一:基本概念理解偏差致錯
例1設雙曲線x2a2-y2b2=1(a>0,b>0)的虛軸長為2,焦距為23,則雙曲線的漸近線方程為.
錯解:由題意,b=2,c=23,故a=22,所以雙曲線的漸近線方程為y=±22x.
錯因分析:雖然結(jié)果正確,但是解決問題過程中概念不清晰,雙曲線的虛軸長為2b,焦距為2c.
正解:因為2b=2,所以b=1,因為2c=23,所以c=3,所以a=c2-b2=2,所以雙曲線的漸近線方程為y=±bax=±22x.
例2已知方程x2m2+n-y23m2-n=1表示雙曲線,且該雙曲線兩焦點間的距離為4,則n的取值范圍是.
錯解:方程x2m2+n-y23m2-n=1表示雙曲線,所以m2+n>0,3m2-n>0,所以-m2 ∴焦距2c=2×2|m|=4,解得|m|=1,∴-1 錯因分析:方程x2m2+n-y23m2-n=1表示雙曲線,不一定是m2+n>0,3m2-n>0,應正確轉(zhuǎn)化為(m2+n)·(3m2-n)>0,解得-m2 正解:∵方程x2m2+n-y23m2-n=1表示雙曲線,∴(m2+n)·(3m2-n)>0,解得-m2 由雙曲線性質(zhì),知c2=(m2+n)+(3m2-n)=4m2(其中c是半焦距),∴焦距2c=2×2|m|=4,解得|m|=1,∴-1 評注:對于圓錐曲線的概念和性質(zhì)要準確把握,其中雙曲線的實軸長、虛軸長,橢圓的長軸長、短軸長及焦距分別對應是哪些量是易錯點,再有,橢圓、雙曲線及拋物線的方程要先確定焦點位置,再確定基本量. 易錯剖析二:知識交匯處轉(zhuǎn)化不準確致錯 例3直線xsinα+y+2=0的傾斜角的取值范圍是. 錯解:設直線的傾斜角為θ,則有tanθ=-sinα.因為sinα∈[-1,1],所以-1≤tanθ≤1,所以-π4≤θ≤π4. 錯因分析:上述錯解中不理解直線傾斜角的概念,其范圍應該是θ∈[0,π),再有要善于用正切函數(shù)的圖像解題. 正解:設直線的傾斜角為θ,則有tanθ=-sinα.因為sinα∈[-1,1],所以-1≤tanθ≤1,又θ∈[0,π),所以0≤θ≤π4或3π4≤θ<π. 評注:根據(jù)斜率求傾斜角,一是要注意傾斜角的范圍;二是要考慮正切函數(shù)的單調(diào)性. 易錯剖析三:選用直線方程時沒有考慮其適用條件致錯 例4經(jīng)過點P(-5,-4),且與兩坐標軸圍成的三角形的面積為5的直線方程是. 錯解:由題意,設所求方程為y+4=k(x+5),即kx-y+5k-4=0. 由12·(5k-4)·(4k-5)=5得,k=85,故所求直線方程為8x-5y+20=0. 錯因分析:截距概念模糊不清,誤將直線在x軸和y軸上的截距作距離使用而掉入“陷阱”.事實上,直線與兩坐標軸所圍成的三角形面積為12·|5k-4|·|4k-5|,而不是12·(5k-4)·(4k-5). 正解:由題意設所求方程為y+4=k(x+5),即kx-y+5k-4=0. 由12·|5k-4|·|4k-5|=5得,k=85或k=25. 故所求直線方程為8x-5y+20=0或2x-5y-10=0. 點評:“距離”與“截距”、兩直線夾角與到角等基本概念,看似基礎,實則涉及到一類問題的本質(zhì),易致錯. 例5過點(3,3)且橫、縱截距相等的直線方程. 錯解:設所求方程為xa+ya=1,將(3,3)代入得a=6,得直線方程為x+y-6=0. 錯因分析:上述錯解所設方程為xa+ya=1,其中不含橫、縱截距為0的特殊情形,事實上,橫、縱截距為0且過點(3,3)的直線y=x也符合條件,主要審題不嚴致錯. 正解:x+y-6=0或x-y=0. 例6過點P(2,4)引圓(x-1)2+(y-1)2=1的切線,則切線方程為. 錯解:當直線的斜率存在時,設直線方程為y-4=k(x-2),即kx-y+4-2k=0,∵直線與圓相切,∴圓心到直線的距離等于半徑, 即d=|k-1+4-2k|k2+(-1)2=|3-k|k2+1=1, 解得k=43, ∴所求切線方程為43x-y+4-2×43=0, 即4x-3y+4=0. 綜上,切線方程為4x-3y+4=0. 錯因分析:選用直線的點斜式方程時沒有考慮斜率不存在的情形. 正解:在上述解的基礎上,再討論當直線的斜率不存在時,直線方程為x=2,此時,圓心到直線的距離等于半徑,直線與圓相切,符合題意;綜上,切線方程為x=2或4x-3y+4=0. 點評:直線方程的五種形式中,每種形式都有其適用條件,忽視斜率不存在或零截距的情況,是很多學生經(jīng)常犯的錯誤.當含參數(shù)的直線方程為一般式時,若要表示出直線的斜率,不僅要考慮到斜率存在的一般情況,也要考慮到斜率不存在的特殊情況,同時還要注意x,y的系數(shù)不能同時為零這一隱含條件.如本題中,要關注過圓上一點作圓的切線有且只有一條;過圓外一點作圓的切線有且只有兩條,若僅求得一條,除了考慮運算過程是否正確外,還要考慮斜率不存在的情況,以防漏解.
易錯剖析四:使用公式時沒有考慮公式適用的大前提
例7直線x+y+2=0與2x+2y+1=0之間的距離是.
錯解:用公式d=|2-1|2=22.
錯因分析:本題的“陷阱”是兩平行直線的距離公式使用的大前提是兩直線方程中x,y對應項的系數(shù)要相等.
正解:先將2x+2y+1=0化為x+y+12=0,
則兩平行線間的距離為d=|2-12|2=324.
例8直線l過點P(-1,2)且到點A(2,3)和點B(-4,5)的距離相等,則直線l的方程為.
錯解:思路一:設直線l的方程為y-2=k(x+1),即kx-y+k+2=0.
由題意知|2k-3+k+2|k2+1=|-4k-5+k+2|k2+1,
即|3k-1|=|-3k-3|,∴k=-13.
∴直線l的方程為y-2=-13(x+1),
即x+3y-5=0.
思路二:由題意可知AB∥l時,有k=kAB=-13,直線l的方程為y-2=-13(x+1),即x+3y-5=0.
錯因分析:思路一沒有考慮斜率不存在的情形,思路二從形出發(fā)只考慮了一種情形.
正解:思路一:當直線l的斜率存在時,設直線l的方程為y-2=k(x+1),即kx-y+k+2=0.
由題意知|2k-3+k+2|k2+1=|-4k-5+k+2|k2+1,
即|3k-1|=|-3k-3|,∴k=-13.
∴直線l的方程為y-2=-13(x+1),
即x+3y-5=0.
當直線l的斜率不存在時,直線l的方程為x=-1,也符合題意.
思路二:當AB∥l時,有k=kAB=-13,直線l的方程為y-2=-13(x+1),即x+3y-5=0.
當l過AB中點時,AB的中點為(-1,4).
∴直線l的方程為x=-1.
故所求直線l的方程為x+3y-5=0或x=-1.
評注:利用距離公式應注意:①點P(x0,y0)到直線x=a的距離d=|x0-a|,到直線y=b的距離d=|y0-b|;②兩平行線間的距離公式要把兩直線方程中x,y的系數(shù)分別化為對應相等.
例9過直線2x+y+4=0和圓(x+1)2+(y-2)2=4的交點,并且面積最小的圓的方程為.
錯解:設所求圓的方程為(x+1)2+(y-2)2-4+k(2x+y+4)=0,
即x2+y2+2(k+1)x+(k-4)y+1+4k=0,
所求圓的半徑
r=(k+1)2+14(k-4)2-(1+4k)
=125k2-16k+16.
顯然,當k=--1610,即k=85時,5k2-16k+16有最小值165,此時,圓的半徑最小,從而面積最小.故所求的圓的方程為x2+y2+265x-125y+375=0.
錯因分析:本題的“陷阱”是方程x2+y2+2(k+1)x+(k-4)y+1+4k=0表示圓的充要條件,上述解法忽視了k的限制條件(k+1)2+14(k-4)2-(1+4k)>0.
正解:設所求圓的方程為(x+1)2+(y-2)2-4+k(2x+y+4)=0,
即x2+y2+2(k+1)x+(k-4)y+1+4k=0,
化為圓的標準方程得[x+(k+1)]2+[y+12(k-4)]2=(k+1)2+14(k-4)2-(4k+1),
由(k+1)2+14(k-4)2-(1+4k)>0,得5k2-16k+16>0,
此時,所求圓的半徑
r=(k+1)2+14(k-4)2-(1+4k)
=125k2-16k+16.
顯然,當k=--1610,即k=85時,5k2-16k+16有最小值165,此時,圓的半徑最小,從而面積最小.故所求的圓的方程為x2+y2+265x-125y+375=0.
評注:審題的關鍵環(huán)節(jié)是挖掘方程表示圓的充要條件,理清條件間錯綜復雜的關系.審題不清,是解析幾何解題的大忌.
易錯剖析五:忽視定義中的限制條件致錯
例10已知定圓C1:(x+3)2+y2=1,圓C2:(x-3)2+y2=9,動圓M同時與定圓C1,C2都外切,求動圓圓心M的軌跡方程.
錯解:由C1:(x+3)2+y2=1,C2:(x-3)2+y2=9,
設圓M半徑為r,則MC1=1+r,MC2=3+r,
故MC2-MC1=2<|C1C2|=6,知M的軌跡是以F1,F(xiàn)2為焦點的雙曲線,
且2a=2,a=1,c=3;b2=c2-a2=8,
故M的軌跡方程為:x2-y28=1.
錯因分析:上述解法將MC2-MC1=2看成|MC1-MC2|=2,誤認為動圓圓心的軌跡為雙曲線,這是雙曲線的概念不清所致.
正解:在上述解法中添加:由于MC2-MC1=2,知MC2>MC1,點M的軌跡是雙曲線的左支,故M的軌跡方程為:x2-y28=1(x<0).
評注:直線與圓、圓錐曲線的定義,看似基礎,實則涉及到一類問題的本質(zhì),如果不注意一些限制條件,容易致錯.
易錯剖析六:題設轉(zhuǎn)化時不等價致錯
例11已知圓(x-a)2+y2=1與圓x2+y2=25沒有公共點,則正數(shù)a的取值范圍是.
錯解:由題意可知,兩圓相離,所以圓心距a2>1+5,又a>0,所以a>6.
錯因分析:兩圓沒有公共點,除了兩圓相離,還可以是兩圓內(nèi)含.endprint
正解:由題意可知,兩圓相離或內(nèi)含,所以a2>1+5或a2<5-1,所以06.
評注:在研究兩圓位置關系時,要關注題設條件的等價轉(zhuǎn)化,如兩圓沒有公共點,兩圓可以是外離或內(nèi)含;再如兩圓相切,可以是外切也可以是內(nèi)切.
易錯剖析七:偏重技巧忽視本質(zhì)致錯
例12已知橢圓C:x2a2+y2b2=1(a>b>0)上的任意一點到它的兩個焦點(-c,0),(c,0)的距離之和為22,且它的焦距為2.
(1)求橢圓C的方程;
(2)已知直線x-y+m=0與橢圓C交于不同的兩點A,B,且線段AB的中點不在圓x2+y2=59內(nèi),求m的取值范圍.
錯解:(1)依題意可知2a=22,2c=2.
又b2=a2-c2,解得a=2,b=1.
則橢圓C的方程為x22+y2=1.
(2)聯(lián)立方程x22+y2=1,x-y+m=0,消去y整理得3x2+4mx+2m2-2=0.
設A(x1,y1),B(x2,y2),則x1+x2=-4m3,y1+y2=x1+x2+2m=-4m3+2m=2m3,
即AB的中點為(-2m3,m3).
又∵AB的中點不在圓x2+y2=59內(nèi),
∴4m29+m29=5m29≥59,
解得m≤-1或m≥1.
錯因分析:本題第(2)問中忽視了大前提:必需兩根都存在,要用判別式去檢驗,即Δ=16m2-12(2m2-2)=8(-m2+3)>0,是致錯的根本原因.
正解:(2)聯(lián)立方程x22+y2=1,x-y+m=0,消去y整理得3x2+4mx+2m2-2=0.
則Δ=16m2-12(2m2-2)=8(-m2+3)>0,
解得-3 設A(x1,y1),B(x2,y2),則x1+x2=-4m3, y1+y2=x1+x2+2m=-4m3+2m=2m3, 即AB的中點為(-2m3,m3). 又∵AB的中點不在圓x2+y2=59內(nèi), ∴4m29+m29=5m29≥59, 解得m≤-1或m≥1.② 由①②得,-3 故m的取值范圍為(-3,-1]∪[1,3). 評注:在研究直線與圓錐曲線的位置關系時,通過聯(lián)立方程組,用判別式來判別解的情況是前提.一些技巧性的解法,雖簡化了過程,但忽視了本質(zhì),易致錯. 同學們,在解決解析幾何問題時,首先要理解直線、圓和橢圓的定義,要理解其方程的結(jié)構(gòu)特征,掌握其幾何性質(zhì),要充分理解概念,掌握基本方法.高三一輪復習是一個見微知漸的過程,希望通過錯誤的剖析引導同學辨析正誤.在解析幾何的復習中,狠抓三基,不斷對相應題型作出歸納總結(jié),定能取得很好的效果. (作者:王小青,江蘇省如皋中學)