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2013年浙江省高考数学(理科)试卷第9题赏析.doc
2013年浙江省高考数学(理科)试卷第9题赏析
2013年浙江省高考数学(理科)试卷第9题(以下称题1)是:如图,F1,F2是椭圆C1:x24+y2=1与双曲线C2的公共焦点,A,B分别是C1,C2在第二、四象限的公共点,若四边形AF1BF2为矩形,则C2的离心率为:A.2;B.3;C.32;D.62.
这道题给笔者的第一感觉是图形很美,将椭圆、双曲线的对称美、和谐美一览无余;第二感觉其解法也很美,无须进行繁杂乏味的计算,巧用椭圆、双曲线的定义就可获得答案,因而这无疑是充分体现数学内在美的好题.
另外,这道题还留给读者充分思考想象的思维空间.
若将题1中椭圆C1、双曲线C2都以一般形式出现,而其余条件不变,那么C1与C2的离心率之间必有某种联系,其有什么联系呢?
定理1 设F1(-c,0),F2(c,0)是椭圆C1:x2a2+y2b2=1(agt;bgt;0)及双曲线C2:x2a′2-y2b′2=1(a′gt;0,b′gt;0)的公共焦点,则平行四边形AF1BF2为矩形,若C1,C2的离心率分别为e1,e2,则1e21+1e22=2.
证明 由椭圆、双曲线的定义可知:|AF1|+|AF2|=2a,|AF2|-|AF1|=2a′,∴|AF2|=a+a′,|AF1|=a-a′,
而|F1F2|=2c,|AF1|2+|AF2|2=|F1F2|2,∴(a+a′)2+(a-a′)2=4c2.
即a2+a′2=2c2,∴ac2+a′c2=2.
∴1e21+e22=2.
定理1证完.
不难证明:
1e21+1e22=2是平行四边形 AF1BF2为矩形的充要条件,即1e21+1e22≠2时,
平行四边形AF1BF2一定不是矩形,也就是平行四边形AF1BF2中∠A一定不是直角,那∠A应是多大呢?
定理2 设F1(-c,0),F2(c,0)是椭圆C1:x2a2+y2b2=1(agt;bgt;0)及双曲线C2:x2a′2-y2b′2=1(a′gt;0,b′gt;0)的公共焦点,A,B分别是C1,C2在第二、四象限的公共点,∠A是平行四边形AF1BF2的内角,若C1,C2的离心率分别为e1,e2,则
cosA=e21+e22-2e21e22e22-e21.
证明 定理1的证明中有|AF2|=a+a′,|AF1|=a-a′,|F1F2|=2c,
∴cosA=|AF1|2+|AF2|2-|F1F2|2|AF1||AF2|
=(a-a′)2+(a+a′)2-4c22(a+a′)(a-a′)
=a2+a′2-2c2a2-a′2
=ac2+a′c2-2ac2-a′c2
=1e12+1e22-21e22-1e22
=e21+e22-2e21e22e22-e21.
定理2证完.
显然,定理2是定理1的一般情形.
我们思维的双翼可陆续飞向更远空间.若将定理2的F1,F2换成椭圆长轴的两个端点,或双曲线的两个顶点,∠A又是多大呢?
定理3 设F1(-c,0),F2(c,0)是椭圆C1:x2a2+y2b2=1(agt;bgt;0)及双曲线C2:x2a′2-y2b′2=1(a′gt;0,b′gt;0)的公共焦点,A,B分别是C1,C2在第二、四象限的公共点,
A1,A2是椭圆C1长轴的端点,∠A是平行四边形AA1BA2的内角,若C1的离心率为e,则cosA=-ee2+4bb′2.
证明 由题意,a2-b2=a′2+b′2=c2.
将C1,C2的方程联立,消去x,得
y2=(a2-a′2)b2b′2(c2-a′2)a2+a′2(a2-c2)=b2b′2c2,
∴y=±aa′c.
又A在第二象限,∴A-aa′c,bb′c.
∴|AA1|=-1caa′+a2+bb′c2
=1c(c-a′)2a2+b2b′2,
|AA2|=1c(c+a′)2a2+b2b′2.
∴|AA1|2+|AA2|2=2c2(c2a2+a2a′2+b2b′2).
∴|AA1|2+|AA2|2-|A1A2|2=2c2(c2a2+a2a′2+b2b′2)-4a2=2c2(-c2a2+a2a′2+b2b′2)=2c2[a2(a′2-c2)+b2b′2]=2c2(-a2b′2+b2b′2)=2b′2c2(-a2+b2)=-2b′2.(*)
而|AA1||AA2|=1c2(c-a′)2a2+b2b′2?(c+a′)2a2+b2b′2=1c2(c2a2+a2a′2+b2b′2)2-2ca′a2?(c2a2+a2a′2+b2b′2)2+2ca′a2
=1c2(c2a2+a2a′2+b2b′2
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