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待定系數(shù)法在圓錐曲線標準方程中的應用

2019-01-19 06:08王瑞華
中學課程輔導·教學研究 2019年22期
關鍵詞:圓錐曲線中學數(shù)學

王瑞華

摘要:待定系數(shù)法是解決數(shù)學問題時常用的數(shù)學方法,在中學數(shù)學的圓錐曲線標準方程問題中有著廣泛使用。本文簡單闡述了待定系數(shù)法的概念、理論依據(jù)及其解題步驟,并通過具體的實例重點論述了待定系數(shù)法在圓錐曲線中的應用。

關鍵詞:待定系數(shù)法;圓錐曲線;中學數(shù)學

中圖分類號:G633.6 ? 文獻標識碼:A ? 文章編號:1992-7711(2019)11-0009

一、待定系數(shù)法的定義及其理論依據(jù)

將一個多項式表示成另一種含有待定系數(shù)的新形式,這樣就得到一個恒等式,然后根據(jù)恒等式的性質(zhì)得出系數(shù)應滿足的方程或方程組,其后通過解方程或方程組便可求出待定的系數(shù),或找出某些系數(shù)所滿足的關系式,這種解決問題的方法叫作待定系數(shù)法。更廣泛地說,是要確定變量間的函數(shù)關系,設出某些未知數(shù),然后根據(jù)所給條件確定這些未知數(shù),使問題得到解決的方法。其理論依據(jù)是多項式恒等,也就是利用了多項式[f(x)≡g(x)]的充要條件:對于一個任意的[a]值,都有[f(a)=g(a)];或者兩個多項式各同類項的系數(shù)對應相等。

二、待定系數(shù)法的應用步驟

利用待定系數(shù)法解題的關鍵是依據(jù)已知,正確列出等式或方程,使用待定系數(shù)法,就是把具有某種確定形式的數(shù)學問題,通過引入一些待定的系數(shù),轉化為方程組來解決。要判斷一個問題是否用待定系數(shù)法求解,主要是看所求解的數(shù)學問題是否具有某種確定的數(shù)學表達式,如果具有,就可以用待定系數(shù)法求解。使用待定系數(shù)法解題的一般步驟可歸納為以下三點。

1. 確定所求問題含待定系數(shù)的解析式;

2. 根據(jù)恒等條件,列出一個(組)含待定系數(shù)的方程;

3. 解方程或消去待定系數(shù),從而使問題得到解決。

如何列出一組含待定系數(shù)的方程,主要從以下幾方面著手分析:利用對應系數(shù)相等列方程;由恒等的概念用數(shù)值代入法列方程;利用定義本身的屬性列方程;利用幾何條件列方程。

三、待定系數(shù)法在圓錐曲線標準方程中的應用

橢圓與雙曲線的標準方程推導方法相同,得出方程形式類似,所以它們的解法也就有很多共同點,比如:已知曲線的軌跡是橢圓或雙曲線時,求標準方程時都可用待定系數(shù)法,若焦點位置確定,直接設標準方程來求解;但若焦點位置不確定,直接設標準方程來求解需要討論兩種情況,有可能會導致漏解或過程繁瑣,運算量增大。這就要加強對題目條件合理的使用,對方程進行適當?shù)摹案脑臁?,達到避繁就簡,事半功倍的效果。

例1:已知橢圓[x2a2+y2b2=1][(a>b>0)]的離心率為[22],以該橢圓上的點和橢圓的左、右焦點[F1]、[F2]為頂點的三角形的周長為[4(2+1)]。一等軸雙曲線的頂點是該橢圓的焦點,設[P]為該雙曲線上已于頂點的任一點,直線[PF1]和[PF2]與橢圓的交點分別為[A]、[B]和[C]、[D]。求橢圓和雙曲線的標準方程。

解:設橢圓的半焦距為[c],則橢圓的離心率為[ca=22]??傻玫疥P系式[2a+2c=4(2+1)],即得[a=22],[c=2],根據(jù)[a2=b2+c2],得[b=2],故標準方程為[x28+y24=1]。設等軸雙曲線的標準方程為[x2m2-y2m2=1][(m>0)],由于等軸雙曲線的頂點是橢圓的焦點,則有[m=2]。

評注:要用待定系數(shù)法求解解析式,首先要知道函數(shù)解析式的形式,然后用字母表示出解析式,然后根據(jù)題目中給出的已知條件解出未知數(shù),最后寫出解析式。

例2:求經(jīng)過兩點[A(2,22)],[B(-2,-32)]的橢圓的標準方程。

解:可設橢圓的方程為[mx2+ny2=1(m>0,n>0,m≠n)],將[A(2,22)],[B(-2,-32)]兩點帶入,得[4m+12n=1]和[2m+34n=1],解得[m=18],[n=1]。故標準方程為[x28+y2=1]。

評注:當橢圓的焦點在[x]軸上時,標準方程為[x2a2+y2b2=1],焦點在[y]軸上時,標準方程為[x2b2+y2a2=1]。從形式上看,[1a2]和[1b2]分別是[x2]和[y2]前的系數(shù),所以可以將標準方程統(tǒng)一改造成[mx2+ny2=1],當[m>n>0]時,橢圓的焦點在[y]軸上;當[n>m>0]時,橢圓的焦點在[x]軸上,從而避免了討論。

待定系數(shù)法實際就是將待定的未知數(shù)與已知數(shù)建立等式關系,從而列出方程或方程組,解方程或方程組即可得待定的未知數(shù),只需根據(jù)題目給出的條件解題即可。用待定系數(shù)法解題,思路較為清晰,操作比較方便,在很多解題過程中都可以用到。但是在解題過程中,待定系數(shù)法并不是最為簡單、合適的方法。因此解題時要根據(jù)具體的題目,選擇簡單又適合的方法。

參考文獻:

[1] 葉立軍.初等數(shù)學研究[M].上海:華東師范大學出版社,2008.

[2] 張大任.待定系數(shù)法[J].數(shù)學方法,2006(9).

[3] 劉慧年.巧設求橢圓和雙曲線標準方程[J].數(shù)學教育研究,

2011(10).

[4] 周平華.待定系數(shù)法在高中數(shù)學中的應用[J].考試,2008(12).

基金項目:重慶市研究生教育教學改革研究重點項目:基于創(chuàng)新理念的系統(tǒng)理論研究生專業(yè)課程體系優(yōu)化研究(yjg182019)。

(作者單位:重慶市沙坪壩區(qū)大學城第一中學校 ? 400000)

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