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[圆锥曲线巧算方法
减少解析几何运算量的若干方法
在解决有些解析几何问题时,如果方法选择不当,往往导致计算量过大,如果不具备较高的解几运算能力,就不易得到正确的运算结果。那么如何正确地选择方法,减少解析几何题的计算量呢?下面介绍几种减少计算量的常用方法。
回归定义,以简驭繁
圆锥曲线的许多性质是由定义派生出来的。解题时,应善于运用圆锥曲线的定义,以数形结合的思想为指导,把定量的分析有机结合起来,则可使解题计算量大为简化,使解题构筑在较高的水平上。
例1、在面积为1的ΔPMN中,∠=,∠,建立适当的坐标系,求以M、N为焦点且过点P的椭圆方程(93年高考题)
分析:在该题的题设条件中,其实是给出了ΔPMN的两内角的大小及它的面积。因此我们应考虑如何应用平几知识和椭圆定义将问题解决。
解:建立如图1所示的坐标系,设所求的椭圆方程为,则由椭圆定义有,,过点向轴作垂线,垂足为,
∠,∠。由平面几何知识有:
,,,,
。
所求的椭圆方程为
说明:在上述解题过程中,是所求椭圆的长轴长,它是减轻本题运算量的关键。
例2、长度为a的线段AB的两端点在抛物线=2py(a≥2p0)上运动,以AB的中点C为圆心作圆和抛物线的准线相切,求圆的最小半径(85年湖北省六市高考预选题)。
分析:这里其实就是要求定长弦AB的中点C到准线的最小距离。由于AB中点到准线的距离等于AB两端点到准线的距离的算术平均值,所以问题就进一步转化为求A、B两点到准线距离之和的最小值。由抛物线的定义知:A、B两点到准线的距离分别等于它们到焦点的距离,所以当线段A、B过焦点时,A、B两点到焦点的距离之和取得最小值,这时A、B两点到准线的距离之和也取得最小值,所以点C到准线的距离取得最小值。
解:如图2,过弦AB的两端分别作准线的垂线,垂足为G、H,又设圆C与抛物线的准线切于D,设抛物线的焦点F,连CD、AF、BF。由抛物线的定义,,且
≥a。上式中的等号当且仅当AB过焦点F时成立。所以圆C的最小半径是a.
说明:因为过抛物线焦点的弦中,弦长最小的是通径(即过焦点且与对称轴垂直的弦),由于通径长为,所以抛物线的定长弦的长度大于等于时,本例的上述解法才成立,如果时,弦AB就不可能经过抛物线的焦点,这时应该是当AB与轴垂直时,AB中点C到准线的距离最小。
设AB所在直线方程为,将它代入抛物线方程,得:,∴,
∴∴,∴,故点C到准线的距离为。所以这时圆C的最小半径为
例3、设是曲线上三点,求证:△的垂心也在该曲线上。
分析:证垂心在曲线上,故只需求之值,而无需求、。
解:、、。则从而知
同理,
故有,
并消去得:
设而不求,整体运算
在某些解析几何问题中,灵活把握曲线方程的特点,采用设而不求、整体代入、整体运算等方法,常可以简化运算过程,提高解题速度,并从中感到整体思维的和谐美。
例4、椭圆上有两点P、Q,是原点,若OP、OQ斜率之积为。(1)求证:|OP|2+|OQ|2为定值。(2)求PQ的中点M的轨迹方程。
解:(1)设P、Q的两点坐标分别为、Q,P、Q分别在椭圆上,且,
得
(3)代入(4)得,(1)+(2)得
。
(2)设P、Q的中点M的坐标为M,则有,,
(1)+(2)+(3)得,。
即:,中点M的轨迹方程为
充分运用图形几何性质,简化(或避免)计算
解析几何中,曲线或图形都具有某些特殊的几何性质,若能发掘并充分运用这些几何性质,往往能简化运算或避免运算。
例5、已知圆,动圆与轴相切,又与圆外切,过作动圆的切线,求切点的轨迹。
解:设动圆与轴切于点,动圆与定圆切于点,切点在,,故∠=∠,从而∠=∠,、、共线。由切割线定理,(9)。又在△中,⊥,故(10)。由(9)、(10),知。故的轨迹为圆()
说明:该题解题过程简捷,运算量小,主要得益于
利用平几知识推导出
例6、已知是圆内的一定点,以为直角顶点作直角△,、在圆上。求的中点M的轨迹方程。
解:,连结在△中,是的中点,⊥,。在△中,。。。 点的轨迹方程为。
说明:这里利用直角三角形斜边上的中线等于斜边长的一半,因此有。从而不必进行复杂的运算就可将问题解决。
在初中平面几何中详细介绍过直线与圆的位置关系、圆与圆的位置关系以及圆的一些性质,所以在解有关直线与圆、圆与圆的有关问题时更要注意充分利用图形的几何性质,这样必将大大减少运算量。
用“降维法”减少计算量
变量的个数也称“维数”。确定直角坐标平面上的点只需两个量,因而直角坐标平面称为二维空间;但确定直线上的点只需一个量,直线称为一维空间。某些解析几何问题能通过投影等方法化为只与横坐标(或纵坐标)有关的问题,这种把高维空间问题转化为低维空间的方法称为降维法。
例7、已知;直线和曲线交于、两点,是这条直线上的点,且。求当
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