學科方法·引數法
引數觀點是運動、變化思想在數學中的重要體現.引數是解析幾何中最活躍的元素,也是解題的一種主要方法.解析幾何中的許多解題技巧都**於引數觀點.
(一)引數法解題的基本步驟
引數法解題的步驟是:
(1)設參,即選擇適當的引數(引數的個數可取乙個或多個);
(2)用參,即建立引數方程或含引數的方程;
(3)消參,即通過運算消去引數,使問題得到解決.
例1 已知拋物線y2=2px(p>0),在x軸的正半軸上求一點m,使過m的弦p1p2,滿足op1⊥op2.
【解】 如圖2-5,設m(m,0)(m>0)、p1(x1,y1)、p2(x2,y2).
∵ op1⊥op2,
即y1y2=-x1x2.
∴ (y1y2)2=4p2x1x2.
從而(-x1x2)2=4p2x1x2.
∵ x1≠0,x2≠0,
∴ x1x2=4p2 ①
設直線p1p2的方程為y=k(x-m),把它代入y2=2px中,整理,得
k2x2-2(k2m+p)x+k2m2=0.
由韋達定理,得x1x2=m2 ②
把②代入①中,得m2=(2p)2.
∵ m>0,p>0,∴m=2p.
於是所求的點m的座標為(2p,0).
【解說】 本例選點p1、p2的座標為引數,利用已知條件建立x1,x2,y1,y2,m,p的關係式,消去引數,求得m的值.
op交橢圓於點r,又點q在op上且滿足|oq|·|op|=|or|2.當點p在l上移動時,求動點q的軌跡方程,並說明軌跡是什麼曲線.(2023年全國高考理科壓軸題)
【解】 如圖2-6,設動點q(x,y)(x,y不同時為零).又設|or|=λ|oq|,|op|=u|oq|,(λ,u>0),由於q、r、p三點共線,所以點r(λx,λy)、點p(ux,uy).
∵ |oq|·|op|=|or|2,
∴ u|oq|2=λ2|oq|2.又
|oq|≠0,
同理,由p在l上,可得
於是由①、②、③,可得動點q的軌跡方程為
且長軸平行於x軸的橢圓,去掉座標原點.
利用已知條件|oq|·|op|=|or|2巧妙地消去引數,這裡引數是乙個過渡,起橋梁作用.這種解法比高考命題者提供的答案簡明.
(二)解題技巧的乙個源泉
引數觀點是產生解題技巧的乙個源泉,解析幾何的許多解題技巧都起源於引數.其中「設而不求」和「代點法」就是最突出的兩個.
1.設而不求
例3 如圖2-7,過圓外一點p(a,b)作圓x2+y2=r2的兩條切線,切點為a、b,求直線ab的方程.
【解】 設a、b的座標分別為(x1,y1)、(x2,y2),則切線ap、bp的方程分別為x1x+y1y=r2,x2x+y2y=r2.
∵ 這兩條切線都過點p(a,b),
∴ ax1+by1=r2,
ax2+by2=r2.
由以上二式可以看出,點a、b在直線ax+by=r2上,又過a、b只有一條直線,
∴ 直線ab的方程為ax+by=r2.
【解說】 本例中把a、b的座標作為引數.雖然設了a、b的座標,但並沒有去求它的值,而是利用曲線與方程的概念,巧妙地「消去」引數,這就是所謂的「設而不求」.
2.代點法
例4 求拋物線y2=12x的以m(1,2)為中點的弦所在直線的方程.
【解法1】 設弦的兩個端點為a(x1,y1)、b(x2,y2),則由中點座標公式,得
y1+y2=4 ①
即(y1+y2)(y1-y2)=12(x1-x2). ②
即直線ab的斜率k=3.
故直線ab的方程為y-2=3(x-1).
即 3x-y-1=0.
【解法2】 ∵ 弦的中點為m(1,2),
∴ 可設弦的兩個端點為a(x,y)、b(2-x,4-y).
∵ a、b在拋物線上,
∴ y2=12x,(4-y)2=12(2-x).
以上兩式相減,得
y2-(4-y)2=12(x-2+x),
即 3x-y-1=0,這就是直線ab的方程.
【解說】 以上兩種解法都叫做代點法.它是先設曲線上有關點的座標,然後代入曲線方程,最後經適當變換而得到所求的結果.
習題2.2
用引數法解證下列各題:
1.已知橢圓9x2+16y2=144內有一點p(2,1),以p為中點作弦mn,則直線mn的方程為. [ ]
a.9x-8y+26=0
b.9x+8y-26=0
c.8x-9y+26=0
d.8x+9y-26=0
2.點d(5,0)是圓x2+y2-8x-2y+7=0內一點,過d作兩條互相垂直的射線,交圓於a、b兩點,求弦ab中點m的軌跡方程.
且op⊥oq,求m的值.
4.已知射線oa、ob分別在第
一、四象限,且都與ox軸成60
的軌跡.
5.已知兩點p(-2,2)、q(0,2)以及一條直線l:y=x.設長為
程.(要求把結果寫成普通方程)(2023年全國高考理科試題)
6.已知橢圓的中心在原點,對稱軸合於座標軸,直線y=-x+1與
習題2.2答案或提示
1.仿例4,選(b).
2.設m(x,y),a(x+x0,y+y0),b(x-x0,y-y0),把a、b
=0.3.仿例1,可得m=3.
5.設a(t,t),b(t+1,t+1),又設直線pa、pb的斜率分別
x2-y2+2x-2y+8=0.
6.設橢圓的方程為ax2+by2=1(a>0,b>0),a、b、c的坐
學科方法·待定係數法
(一)求直線和曲線的方程
例1 過直線x-2y-3=0與直線2x-3y-2=0的交點,使它與兩座標軸相交所成的三角形的面積為5,求此直線的方程.
【解】 設所求的直線方程為(x-2y-3)+λ(2x-3y-2)=0,整理,得
依題意,列方程得
於是所求的直線方程為 8x-5y+20=0或2x-5y-10=0.
【解說】 (1)本解法用到過兩直線交點的直線系方程,λ是待定係數.
(2)待定係數法是求直線、圓和圓錐曲線方程的一種基本方法.
例2 如圖2-9,直線l1和l2相交於點m,l1⊥l2,點n∈l1,以a、b為端點的曲線c上的任一點到l2的距離與到點n的距離相等.若
系,求曲線c的方程.(2023年全國高考理科試題)
【解】 如圖2-9,以l1為x軸,mn的垂直平分線為y軸,建立直角座標系.由已知,得曲線c是以點n為焦點、l2為準線的拋物線的一段,其中點a、b為曲線c的端點.
設曲線c的方程為y2=2px,p>0(x1≤x≤x2,y>0).其中,x1、x2分別是a、b的橫座標,p=|mn|.從而m、n
解之,得p=4,x1=1.
故曲線c的方程為y2=8x (1≤x≤4,y>0).
(二)**二元二次方程(或高次方程)表示的直線的性質
例3 已知方程ax2+bxy+cy2=0表示兩條不重合的直線l1、l2.求:(1)直線l1與l2交角的兩條角平分線方程;(2)直線l1與l2的夾角的大小.
【解】 設l1、l2的方程分別為mx+ny=0、qx+py=0,則
ax2+bxy+cy2=(mx+ny)(qx+py).
從而由待定係數法,得
a=mq,b=mp+nq,c=np.
(1)由點到直線的距離公式,得所求的角平分線方程為
即(m2+n2)(qx+py)2=(q2+p2)(mx+ny)2,
化簡、整理,得
(nq-mp)[(nq+mp)x2+2(np-mq)xy-(nq+mp)y2]=0.
∵ l1、l2是兩條不重合的直線
∴b2-4ac=(mp+nq)2-4mnpq=(mp-nq)2>0.
即 mp-nq≠0.
從而(nq+mp)x2+2(np-mq)xy-(nq+mp)y2=0.
把 mq=a,mp+nq=b,np=c代入上式,得 bx2+2(c-a)xy-by2=0.
即為所求的兩條角平分線方程.
(2)顯然當mq+np=0,即a+c=0時,直線l1與l2垂直,即夾角為90°.
當mq+np≠0即a+c≠0時,設l1與l2的夾角為α,則
【解說】 一般地說,研究二元二次(或高次)方程表示的直線的性質,用待定係數法較為簡便.
(三)**二次曲線的性質
1.證明曲線繫過定點
例4 求證:不論引數t取什麼實數值,曲線系(4t2+t+1)x2+(t+1)y2+4t(t+1)y-(109t2+21t+31)=0都過兩個定點,並求這兩個定點的座標.
【證明】 把原方程整理成引數t的方程,得
(4x2+4y-109)t2+(x2+y2+4y-21)t+x2+y2-31=0.
∵ t是任意實數上式都成立,
【解說】 由本例可總結出,證明含有乙個引數t的曲線系f(x,y,t)=0過定點的步驟是:
(1)把f(x,y,t)=0整理成t的方程;
(2)因t是任意實數,所以t的各項係數(包括常數項)都等於零,得x、y的方程組;
(3)解這個方程組,即得定點座標.
2.求圓系的公切線或公切圓
例5 求圓系x2+y2-2(2m+1)x-2my+4m2+4m+1=0(m≠0)的公切線方程.
高中數學解題方法
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