2018年高考理科数学全国(Ⅰ)卷第16题几种解题思路
时英雄 马艳
问题(2018年高考理科数学全国(Ⅰ)卷第16题)已知函数f(x)=2sinx+sin2x,则f(x)的最小值是
.
解法赏析
思路1f(x)=2sinx+sin2x,由周期函数不妨设x∈0,2π,
f′x=2cosx+2cos2x=2(2cos2x+cosx-1)=2(2cosx-1)(cosx+1).
所以,fx在0,π3,5π3,2π上递增,在π3,5π3上递减.
所以f(x)min=min{f(0),f(5π3)}=min0,-332=-332,当x=2kπ-π3,k∈[WTHZ]Z[WTBX]时取等号.
思路2
f(x)=2sinx+2sinxcosx=2sinx1+cosx
≥-21-cos2x·1+cosx2
=-231+cosx33-3cosx≥-2331+cosx+3-3cosx44
≥-23644=-332,所以f(x)min=-332.取等号条件同思路1.
思路3f(x)=2sinx+2sinxcosx=2sinx1+cosx=8sinx2cos3x2.
令t=sinx2cos3x2
t2=13×3sin2x2·cos2x2·cos2x2·cos2x2≤133sin2x2+cos2x2+cos2x2+cos2x244
=13344,所以t∈-3316,3316,f(x)min=-332,取等号条件同思路1.
或者f2(x)=4(1-cosx)(1+cosx)3=[SX(]4[]3[SX)](3-cosx)(1+cosx)(1+cosx)(1+cosx)≤[SX(]4[]3[SX)][JB((][SX(]3-3cosx+1+cosx+1+cosx+1+cosx[]4[SX)][JB))]4=[SX(]27[]4[SX)],当且仅当3-3cosx=1+cosx,即cosx=[SX(]1[]2[SX)]时,取等号.有f(x)min=-[SX(]3[KF(]3[KF)][]2[SX)].
思路4f(x)=8sinx2cos3x2=8sinx2cos3x2sin2x2+cos2x22=8tanx2tan4x2+2tan2x2+1
令t=tanx2,所以fx=ft=8tt2+12.
f′t=-83t4+2t2-1t2+14,ft在-
SymboleB@ ,-33,33,+
SymboleB@ 上遞减,在-33,33上递增.
又t→+
SymboleB@ 时,ft→0,
所以f(x)min=f(t)min=f(-33)=-332.取等号条件同思路1.
作者简介时英雄,男,中学一级教师,现任教于安徽省合肥市第一中学,从事高中数学教学及数学解题方法的研究,已在《中学数学》、《中学数学杂志》等省部级期刊上发表数学论文30余篇.
[HT][HJ][FL)]
[JZ(][HT2Y3]2018年高考数学浙江卷第21题引发的探究
[HT][HT5K]浙江省宁波市第四中学315016[HT5H]魏定波
[JZ)][HT]
[FL(K2]
[STFZ]1试题呈现
[TP魏定波-1.tif,Y][TS(][JZ]图1[TS)]
如图1,已知点P是y轴左侧(不含y轴)一点,抛物线C:y2=4x上存在不同的两点A,B满足PA,PB的中点均在C上.
(Ⅰ)设AB中点为M,证明:PM垂直于y轴;
(Ⅱ)若P是半椭圆x2+y24=1(x<0)上的动点,
求△PAB面积的取值范围(2018年高考浙江卷第21题).
抛物线具有结构简单优美、代数计算量适中的特点,因此常常受到命题者的青睐.本题设计巧妙,不落俗套,创新意识突出,具有良好的区分度,而且它的许多性质源于著名的“阿基米德三角形”.
2试题解析
(Ⅰ)证明
方法1设P(x0,y0),A(x1,y1),B(x2,y2),则线段AP的中点
C(x0+x12,y0+y12),代入抛物线方程,得
y12+2y0y1+y20=8x0+8x1,即y12-2y0y1+8x0-y20=0,
依题意,y1,y2是方程y2-2y0y+8x0-y20=0的两个根,则y1+y2=2y0,即y0=yM,故PM垂直于y轴.
[TP魏定波-2.tif,Y][TS(][JZ]图2[TS)]
方法2设线段PA、PB的中点分别为C、D,线段CD的中点为N,由平面几何知识容易知道P、N、M三点共线(如图2).
(1)当直线AB与x轴垂直时,由于抛物线的对称轴是x轴,所以△PAB是等腰三角形,且AB∥y轴,则有PM⊥AB(M,N在x轴上),即PM垂直于y轴.
(2)当直线AB与x轴不垂直时,
kAB=y1-y2x1-x2=4y1+y2=2yM,同理kCD=2yN,由AB∥CD,得yM=yN,即PM垂直于y轴.
综上所述,PM垂直于y轴.
(Ⅱ)解法1由(Ⅰ)得,y1+y2=2y0,y1y2=8x0-y20,
S△PAB=12|PM|·|y1-y2|=12(x1+x22-x0)|y1-y2|=12(y12+y228-x0)|y1-y2|
=324(y20-4x0)y20-4x0.
由于y20=4-4x20(-1≤x0<0),所以y20-4x0=4(-x20-x0+1)∈[4,5],故S△PAB∈[62,15104].
解法2设直线AB的方程x=ty+m,
由x=ty+m,y2=4x,得,y2-4ty-4m=0,因为y1+y2=2y0,y1y2=8x0-y20,所以t=12y0,m=y204-2x0,
|AB|=(1+t2)(y2-y1)2=(1+t2)(8y20-32x0),d=|x0-ty0-m|1+t2,所以
S△PAB=12|AB|·d=324(y20-4x0)y20-4x0,以下同解法1.
[STFZ]3性质再探
将上述试题作进一步探究:
(1)已知抛物线C:y2=4x的内接梯形ABCD,其中AB∥CD.
①则该梯形的两腰所在直线的交点、对角线交点及上下底的中点都在垂直y轴的直线l上(如图3);
②若直线l与抛物线C交于R,则过R点抛物线的切线与直线AB平行;
[TP魏定波-3.tif,Y][TS(][JZ]图3[TS)]
③若直线AB、AC、BD的斜率存在,则1kAC+1kBD=2kAB;
④若直线AB的斜率不存在,则kAC+kBD=0;
⑤若直线AC的斜率不存在,则kAB=2kBD;
证明①的证明与试题(Ⅰ)证明相仿,不再阐述.
②当直线AB斜率不存在时,点R即为原点O,结论成立;当直线AB斜率存在时,对于y2=4x两边对x求导,得2y·y′=4,则k=y′=2yR=2yM=kAB,即过R点抛物线的切线与直线AB平行.
③1kAC+1kBD=xC-xAyC-yA+xB-xDyB-yD=yC+yA4+yB+yD4
=yB+yA4+yC+yD4=yM+yN2=2·yM2=2kAB;
下面证明⑤,对于④的证明同理可得.
因为直线AC的斜率不存在,所以xC=xA,yC+yA=0,又yC+yD=yA+yB.
则yD-yB=2yA,
所以kAB=yB-yAxB-xA=4yB+yA=2×4yB+yD=2kBD.
(2)已知抛物线C:y2=4x的内接梯形ABCD,其中AB∥CD,过点P作抛物线的两切线PE和PF(其中切点为E、F),則直线EF与AB平行,且直线EF经过Q点(如图4).
[TP魏定波-4.tif,Y][TS(][JZ]图4[TS)]
证明由P(x0,y0)向抛物线C:y2=4x作切线PE、PF,容易得到切点弦EF所在的直线方程为:
2x-y0y+2x0=0,对比直线AB的方程4x-2y0y+yAyB=0,可得,EF∥AB.
由2x-y0y+2x0=0得线段EF的中点Q′(y202-x0,y0),又直线AC的方程为
4x-(yA+yC)y+yAyC=0,要证明Q′,Q重合,只须等式
(yA+yC)y0-yAyC=4(y202-x0)成立.
由于直线BC过点P,所以(yB+yC)y0-yByC=4x0,上述二个等式相加,其右边等于4(y202-x0)+4x0=2y20,其左边等于
(yB+yC)y0-yByC+(yA+yC)y0-yAyC=(yB+yA+2yC)y0-(yB+yA)yC
=(2y0+2yC)y0-2y0yC=(2y0+2yC)y0-2y0yC=2y20.
故(yA+yC)y0-yAyC=4(y202-x0)成立,即直线EF经过Q点.
进一步,当D、C分别趋向于A、B时,直线AD的方程由4x-(yA+yC)y+yAyC=0,变为4x-2yAy+yA2=0,即为2x-yAy+2xA=0,此为过点A的抛物线切线方程,△PAB转化为著名的“阿基米德三角形”.
作者简介魏定波,浙江省宁波市第四中学高级教师.
[HT][HJ][FL)]
[JZ(][HT2H]2018年全国Ⅰ卷理第19题的探究
[HT][HT5K]江西省吉水中学331600[HT5H]孙春生
[JZ)][HT]
[FL(K2]
2018年高考全国I卷理科第19题
设椭圆C:x22+y2=1的右焦点为F,过F的直线l与C交于A、B两点,点M的坐标为(2,0).
(1)当l与x轴垂直时,求直线AM的方程;
(2)设O为坐标原点,证明:∠OMA=∠OMB.
本题围绕直线与椭圆的位置关系这一重点内容,加强了对解析几何基本概念、基本思想方法和关键能力的考查,着重考查了直线方程的求法,椭圆的简单几何性质、直线与椭圆的位置关系及直线的斜率等多个知识点.简洁明了的题意背后是命题人的匠心独运,笔者利用几何画板对本题作了较系统的探究,现结合2018年高考Ⅰ卷文科第20题,一并阐述如下.
解(1)略;
(2)证明:当直线l与x轴重合时,∠OMA=∠OMB=0,符合题意;
当直线l与x轴不重合时,设l的方程为:x=ty+c,
由x=ty+1,x22+y2=1,得:(t2+2)y2+2ty-1=0,
由于点F在曲线内,故方程存在两个根.设方程的两个根分别为y1,y2,则
y1+y2=-2tt2+2,y1y2=-1t2+2,
要使∠OMA=∠OMB相等,则问题转化为证明直线MA与MB的斜率互为相反数,设直线MA与直线MB的斜率分别为kMA,kMB,则
kMA+kMB=y1x1-2+y2x2-2=y1ty1-1+y2ty2-1=2ty1y2-(y1+y2)(ty1-1)(ty2-1),
将y1+y2,y1y2的表达式分别代入,可得
kMA+kMB=2ty1y2-(y1+y2)(ty1-1)(ty2-1)=-2tt2+2--2tt2+2(ty1-1)(ty2-1)=0
故此时∠OMA=∠OMB,
综上所述,∠OMA=∠OMB.
解题后进行探究:题中的点M有什么特殊性吗?由椭圆的简单几何性质,通过计算知M是椭圆准线与x轴的交点,将探究拓展成一般情形的猜想得到命题:
命题1设椭圆C:x2a2+y2b2=1(a>b>0)的右焦点为F,过F的直线l与C交于A、B两点,点M的坐标为(a2c,0),O为坐标原点,则∠OMA=∠OMB.
证明当直线l与x轴重合时,∠OMA=∠OMB=0,符合题意;
当直线l与x轴不重合时,设l的方程为:x=ty+c,由
x=ty+c,x2a2+y2b2=1,得:(b2t2+a2)y2+2tcb2y-b4=0,由于点F在曲线内,故方程存在两个根y1,y2,且y1+y2=-2tcb2b2t2+a2,y1y2=-b4b2t2+a2,
设直线MA与直线MB的斜率分别为kMA,kMB,则
kMA+kMB=y1x1-a2c+y2x2-a2c=cy1cty1-b2+cy2cty2-b2=2c2ty1y2-b2c(y1+y2)(cty1-b2)(cty2-b2)
将y1+y2,y1y2的表达式分别代入,可得kMA+kMB=2c2ty1y2-b2c(y1+y2)(cty1-b2)(cty2-b2)=0.
因此,对椭圆一般情况问题成立.
将椭圆推广到双曲线,易证以下推广命题:
推广1设双曲线C:x2a2-y2b2=1(a>b>0)的右焦点为F,过F的直线l与C的右支同时交于A、B两点,点M的坐标为(a2c,0),O为坐标原点,则∠OMA=∠OMB.
进一步探究,当过F的直线l与C的左、右支分别交于一点时,情形如何?从几何作图来看,猜想有∠OMA+∠OMB=180°.
证明当直线l与x轴重合时,∠OMA+∠OMB=180°,符合题意;
当直线l与x轴不重合时,设l的方程为:x=ty+c,
由x=ty+c,x2a2-y2b2=1,得:(b2t2-a2)y2+2tcb2y+b4=0,
设方程的两个根为y1,y2,则y1+y2=-2tcb2b2t2-a2,y1y2=b4b2t2-a2,
设直线MA与MB的斜率分别为kMA,kMB,则
kMA+kMB=y1x1-a2c+y2x2-a2c=cy1cty1+b2+cy2cty2+b2=2c2ty1y2+b2c(y1+y2)(cty1-b2)(cty2-b2)=0
因此直线MA与MB倾斜角互补,即∠OMA+∠OMB=180°成立.
推广2设双曲线C:x2a2-y2b2=1(a>b>0)的右焦点为F,过F的直线l与C的左右支分别交于A、B两点,点M的坐标为(a2c,0),O为坐标原点,则∠OMA+∠OMB=180°.
椭圆中这一性质对于双曲线有类似的推广命题,对于抛物线也不难证得有相关结论:
推广3设抛物线C:y2=2px的焦点为F,过F的直线与C交于A、B两点,点
M(-p2,0),O為坐标原点,则∠OMA=∠OMB.
这一结论与2018年全国Ⅰ卷文科第20题极为相似:
(2018年高考Ⅰ卷文科第20题)已知抛物线C:y2=2x,点A(2,0),B(-2,0),过A的直线l与C交于M,N两点,证明∠ABM=∠ABN.
比照推广3与高考文科题20,易猜想在抛物线中,只需要满足x轴上的两点A,B对称地分布在原点两侧,命题成立.
探究设A(a,0),B(-a,0)(a>0,a∈[WTHZ]R[WTBX]),过A作直线l交抛物线C:y2=2px于M,N两点,则∠ABM=∠ABN.
证明设l的方程为:x=ty+a,
由x=ty+a,y2=2px,得:y2-2pty-2pa=0,
设方程的两个根为y1,y2,则y1+y2=2pt,y1y2=-2pa,
由直线MA与直线MB的斜率之和为:
kMA+kMB=y1x1+a+y2x2+a=y1ty1+2a+y2ty2+2a=2ty1y2+2a(y1+y2)(ty1+2a)(ty2+2a)=0,
因此猜想成立,故综合以上探究有以下命题:
命题2设抛物线C:y2=2px,点A(a,0),点B(-a,0)(a>0,a∈[WTHZ]R[WTBX]),过点A的直线l与C交于M,N两点,则∠ABM=∠ABN.
进一步探究,可得以上命题的逆命题仍成立,故有以下推广命题:
推论1已知椭圆C:x2a2+y2b2=1(a>b>0)的右焦点为F,过F的直线l与C交于A、B两点,O为坐标原点,则存在唯一一点M(a2c,0),使∠OMA=∠OMB.
推论2已知双曲线C:x2a2-y2b2=1(a>b>0)的右焦点为F,过F的直线l与C同时交于右支A、B两点,则存在唯一一点M(a2c,0),使∠OMA=∠OMB.
推论3已知双曲线C:x2a2-y2b2=1(a>b>0)的右焦点为F,过F的直线l与C交于左右两支分别为A、B两点,O为坐标原点,则存在唯一一点M(a2c,0),使∠OMA+∠OMB=180°.
推论4已知抛物线C:y2=2px,点A(a,0)(a>0,a∈[WTHZ]R[WTBX]),过A的直线l与C交于M,N两点,则存在唯一一点B(-a,0),使∠MBA=∠NBA.
一个看似平淡无奇的高考题,其产生的依据却是一些通用的性质作背景,若我们在解决数学问题后,能根据题中条件与结论之间蕴含的内在联系,在题后多反思,并由特殊推广到一般情形,则我们更能把握问题的实质,更能统领问题的全局.
作者简介
孙春生(1971—),男,江西吉水人.
研究方向:高中数学教材教法,高考命题方向探究,高中数学解题方法探讨,经典题型母题研究.
主要成绩:江西省骨干教师,吉水县名师,一直从事高中数学教学,兼任学校数学教研组长,指导学生在高考与奥赛中取得优异成绩,在《数学通报》、《数学教学》、《中学数学杂志》等省级以上刊物发表文章百余篇,撰写教辅书多部.
[HT][HJ][FL)]
[JZ(][HT2XBS]巧用结论妙解试题
[ZW(*]基金项目:四川省"西部卓越中学数学教师协同培养计划"项目(ZY16001).[ZW)]
[HT1.][HT4F]——以2018年圆锥曲线试题为例
[HT][HT5K]四川省内江师范学院数学与信息科学学院641100[HT5H]余小芬彭玉灵
[JZ)][HT]
[FL(K2]
教材中结论主要以公式、定理、法则的形式直接呈现.事实上,教材中间接隐含了一些结论(这里称为“二手”结论)需要开发.“二手”结论往往是高考命题的重要取材、是解答高考试题的重要工具.本文以“二手结论”在2018年圆锥曲线试题中的应用举例说明.
结论1双曲线焦点到渐近线的距离为b,其中b为虚半轴长.
证明不妨设双曲线x2a2-y2b2=1(a>0,b>0),右焦点F(c,0),l:y=bax为双曲线的一条渐近线,即bx-ay=0.故F到l的距离d=bcb2+a2=bcc=b.
例1(2018年高考全国Ⅲ卷文科第10题)已知双曲线C:x2a2-y2b2=1(a>0,b>0)的离心率为2,则点(4,0)到C的渐近线的距离为().
A.2B.2C.322D.22
解不妨设c=4,故点(4,0)为双曲线右焦点.由结论1,(4,0)到C的渐近线的距离为b.由e=2
=ca,得a=22,所以b=c2-a2=22.故选D.
评注本题通过特殊法假设c=4,巧妙将问题转化为双曲线焦点到渐近线的距离,从而利用结论快速求解,避免了繁琐计算,节约了求解时间.
例2(2018年高考天津卷理科第7题)已知双曲线x2a2-y2b2=1(a>0,b>0)的离心率为2,过右焦点且垂直于x轴的直线与双曲线交于A,B两点,设A、B到双曲线同一条渐近线的距离分别为d1和d2,且d1+d2=6,则双曲线的方程为().
A.x24-y212=1B.x212-y24=1C.x23-y29=1D.x29-y23=1
图1
解如图1,设右焦点为P,作AC⊥l(l为渐近线)于C,BD⊥l于D,PM⊥l于M.易知PM为梯形ABDC的中位线,所以d1+d2=AC+BD=2PM=6,PM=3.又由结论1,b=PM=3.再由e=ca=2,c2=a2+b2,解得a2=3,故双曲线方程为x23-y29=1.
评注本题结合梯形中位线性质,将d1+d2转化为焦点到准线的距离,进而利用结论1求解问题.
例3(2018年高考全國Ⅰ卷理科第11题)已知双曲线C:x23-y2=1,O为坐标原点,F为C的右焦点,过F的直线与C的两条渐近线的交点分别为M,N.若△OMN为直角三角形,则MN=().
A.32B.3C.23D.4
图2
解如图2,双曲线渐近线方程为y=±33x,故tan∠MOF=33,所以∠MOF=30°,∠MON=60°.故Rt△OMN中,不妨设∠OMN=90°(∠ONM=90°同理可得),即FM⊥OM,故由结论1,FM=b.又OF=c,故MO=a=3.因此在Rt△OMN中,MN=MO·tan60°=3MO=3.
评注本题关键是通过渐近线方程求得Rt△OMN中∠MON=60°,以此确定△OMN中直角位置,
从而利用结论1求得△OMN中一直角边,进而根据正切函数求得边长.
例4(2018年高考全国Ⅲ卷理科第11题)设F1,F2是双曲线C:x2a2-y2b2=1(a>0,b>0)的左,右焦点,O是坐标原点.过F2作C的一条渐近线的垂线,垂足为P.若PF1=6OP,则C的离心率为().
A.5B.2C.3D.2
图3
解如图3,过F1作渐近线l的垂线,垂足为P′.由结论1,F2P=F1P′=b.在Rt△POF2中,OP=OF22-PF22=c2-b2=a.同理,OP′=a.由已知,PF1=6OP=6a.又在Rt△PP′F1中,PF1=F1P′2+PP′2=b2+4a2.故6a=b2+4a2,解得b2a2=2.故e=1+b2a2=3.
评注在Rt△POF2中,利用结论1易求OP长,进而结合PF1=6OP求得PF1长.事实上,本题可在△PF1F2中利用余弦定理建立a,b的关系式,但计算较为复杂.因此,通过利用双曲线的对称性,在Rt△PP′F1中求得PF1的长,再利用等量替换求得a,b比例关系,减少了运算量,节约了求解时间.
结论2已知F1,F2分别为椭圆x2a2+y2b2=1(a>b>0)的左、右焦点,P是C上的一点,若PF1⊥PF2,且∠PF2F1=θ,则离心率e=1sinθ+cosθ.
证明在Rt△PF1F2中,F1F2=2c,故PF2=F1F2·cosθ=2ccosθ,PF1=2csinθ.所以PF1+PF2=2c(sinθ+cosθ)=2a,因此离心率e=ca=1sinθ+cosθ.
例5(2018年高考全国Ⅱ卷文科第11题)已知F1,F2是椭圆C的两个焦点,P是C上的一点,若PF1⊥PF2,且∠PF2F1=60°,则C的离心率为().
A.1-32B.2-3C.3-12D.3-1
解由题意,利用结论2,e=1sin60°+cos60°=3-1.
例6(2018年高考北京卷理科第14题)已知椭圆M:x2a2+y2b2=1(a>b>0),双曲线N:x2m2-y2n2=1,若双曲线N的两条渐近线与椭圆M的四个交点及椭圆M的两个焦点恰为一个正六边形的顶点,则椭圆M的离心率为,双曲线N的离心率为.图4
解如图4,不妨设椭圆M的左,右焦点分别为F1,F2.由题意,ABF1CDF2为正六边形.连接AF1,易知∠F1AF2=90°,且∠F1F2A=60°.故由结论2,椭圆离心率e=1sin60°+cos60°=3-1.
连接AO,易知∠AOF2=60°,即双曲线渐近线斜率nm=tan60°=3,故双曲线N的离心率e=1+n2m2=2.
评注根据正六边形几何性质,不难得到题中焦点△F1AF2满足结论2的条件,故利用公式直接求解椭圆离心率;再由渐近线倾斜角表示斜率,从而获得m,n比例关系,再利用双曲线离心率公式求得答案.
图5
结论3若AB是过抛物线y2=2px(p>0)的焦点的弦,则以AB为直径的圆与抛物线的准线相切,且切点M与焦点F的连线垂直于弦AB.
证明如图5,过点A,B分别向抛物线的准线l作垂线,垂足分别为A1,B1.过AB中点N向l作垂线,垂足为M.设以AB为直径的圆的半径为r,因为2r=AB=AF+BF=AA1+BB1=2MN,故MN=r.因此,以AB为直径的圆与l相切.
下面再证MF⊥AB.
(1)当AB与x轴垂直时,结论显然成立;
(2)当AB不与x轴垂直时,设M(-p2,t),又F(p2,0),故kMF=t-p.又kAB=yA-yBxA-xB=
yA-yBy2A2p-y2B2p=2pyA+yB=2p2yN=pt,故kMF·kAB=-1,即MF⊥AB.例7(2018年高考全国Ⅲ卷理科第16题)已知点M-1,1和抛物线C:y2=4x,过C的焦点且斜率为k的直线与C交于A,B两点.若∠AMB=90°,则k=[CD#4].
解由题意,抛物线C的焦点为F(1,0),准线方程为:x=-1.即M(-1,1)恰在准线上,且满足∠AMB=90°,故由结论3,有MF⊥AB,所以kMF·kAB=-1.又kMF=0-11-(-1)=-12,故kAB=2.
评注由抛物线方程易知M在抛物线准线上,且∠AMB=90°,即M位于以AB为直径的圆上,且M恰为该圆与准线相切的切点,故由结论3,利用两直线垂直的斜率关系,快速求得直线AB的斜率.由此可见,利用结论求解避免了联立直线与曲线方程求解的繁琐.
结论4设点P(x0,y0)是椭圆x2a2+y2b2=1(a>b>0)上的一点,F1(-c,0),F2(c,0)分别为椭圆的左右焦点,则PF1=a+ex0,PF2=a-ex0,其中e为椭圆离心率.
证明PF12=(x0+c)2+y20=(x20+2cx0+c2)+b2-b2a2x20=(1-b2a2)x20+2cx0+c2+b2=c2a2x20+2cx0+a2=(cax0+a)2,所以PF1=cax0+a=ex0+a.又PF1+PF2=2a,所以PF2=a-ex0.
例8(2018年高考全国Ⅲ卷文科第20题)已知斜率为k的直线l与椭圆C:x24+y23=1交于A,B两点.线段AB的中点为M1,mm>0.
(Ⅰ)略;(Ⅱ)F为C的右焦点,P为C上一点,且FP+FA+FB=[STHZ]0.
证明:2FP=FA+FB.
解由题意,a=2,b=3,所以c=1,故右焦点为F(1,0),离心率e=12.设A(x1,y1),B(x2,y2),P(x3,y3),故FP+FA+FB=(x3-1,y3)+(x1-1,y1)+(x2-1,y2)=(x1+x2+x3-3,y1+y2+y3).
由FP+FA+FB=[STHZ]0,得x1+x2+x3=3.又线段AB的中点为M1,m,所以x1+x2=2,x3=1.又由结论4,FA=a-ex1=2-12x1,FB=a-ex2=2-12x2,FP=a-ex3=2-12x3=32.所以FA+FB=4-12(x1+x2)=3,故FA+FB=2FP,即2FP=FA+FB.
評注解决本题的关键是利用结论4表示出FA,FB,FP,再结合条件:FP+FA+FB=[STHZ]0及M为线段AB中点,通过向量加法的坐标运算及中点坐标公式求得x1,x2,x3的关系,从而证得结论.
由此可见,“二手结论”在解决高考试题中发挥着重要作用,利用“二手结论”解题也体现了近年高考“多考点想,少考点算”的基本命题理念.特别指出,上文的结论1—4并非“繁难偏怪”,而是完全依据教材中圆锥曲线的重要概念、性质以及领悟教材例题、习题设计意图,通过适当变式、拓展而来.这正如教育家叶圣陶先生所说:“教材无非是个例子,它只能作为教课的依据.要教得好,使学生受益,还要靠教师善于运用.”因此,基于《普通高中数学课程标准(2017年版)》、《普通高等学校招生全国统一考试大纲》,结合高考命题实际,对教材中的某些内容进行删减、拓展、补充、改进、增补、变式、整合等.通过二次开发,将学习形态的数学转化为应试形态的数学、将教材结构转化为应试结构,不仅可以弥补、完善数学知识结构,也能促进学生对知识灵活、综合的应用,拓宽学生数学思维的广度和深度,激发他们进一步学习的潜能.
问题(2018年高考理科数学全国(Ⅰ)卷第16题)已知函数f(x)=2sinx+sin2x,则f(x)的最小值是
.
解法赏析
思路1f(x)=2sinx+sin2x,由周期函数不妨设x∈0,2π,
f′x=2cosx+2cos2x=2(2cos2x+cosx-1)=2(2cosx-1)(cosx+1).
所以,fx在0,π3,5π3,2π上递增,在π3,5π3上递减.
所以f(x)min=min{f(0),f(5π3)}=min0,-332=-332,当x=2kπ-π3,k∈[WTHZ]Z[WTBX]时取等号.
思路2
f(x)=2sinx+2sinxcosx=2sinx1+cosx
≥-21-cos2x·1+cosx2
=-231+cosx33-3cosx≥-2331+cosx+3-3cosx44
≥-23644=-332,所以f(x)min=-332.取等号条件同思路1.
思路3f(x)=2sinx+2sinxcosx=2sinx1+cosx=8sinx2cos3x2.
令t=sinx2cos3x2
t2=13×3sin2x2·cos2x2·cos2x2·cos2x2≤133sin2x2+cos2x2+cos2x2+cos2x244
=13344,所以t∈-3316,3316,f(x)min=-332,取等号条件同思路1.
或者f2(x)=4(1-cosx)(1+cosx)3=[SX(]4[]3[SX)](3-cosx)(1+cosx)(1+cosx)(1+cosx)≤[SX(]4[]3[SX)][JB((][SX(]3-3cosx+1+cosx+1+cosx+1+cosx[]4[SX)][JB))]4=[SX(]27[]4[SX)],当且仅当3-3cosx=1+cosx,即cosx=[SX(]1[]2[SX)]时,取等号.有f(x)min=-[SX(]3[KF(]3[KF)][]2[SX)].
思路4f(x)=8sinx2cos3x2=8sinx2cos3x2sin2x2+cos2x22=8tanx2tan4x2+2tan2x2+1
令t=tanx2,所以fx=ft=8tt2+12.
f′t=-83t4+2t2-1t2+14,ft在-
SymboleB@ ,-33,33,+
SymboleB@ 上遞减,在-33,33上递增.
又t→+
SymboleB@ 时,ft→0,
所以f(x)min=f(t)min=f(-33)=-332.取等号条件同思路1.
作者简介时英雄,男,中学一级教师,现任教于安徽省合肥市第一中学,从事高中数学教学及数学解题方法的研究,已在《中学数学》、《中学数学杂志》等省部级期刊上发表数学论文30余篇.
[HT][HJ][FL)]
[JZ(][HT2Y3]2018年高考数学浙江卷第21题引发的探究
[HT][HT5K]浙江省宁波市第四中学315016[HT5H]魏定波
[JZ)][HT]
[FL(K2]
[STFZ]1试题呈现
[TP魏定波-1.tif,Y][TS(][JZ]图1[TS)]
如图1,已知点P是y轴左侧(不含y轴)一点,抛物线C:y2=4x上存在不同的两点A,B满足PA,PB的中点均在C上.
(Ⅰ)设AB中点为M,证明:PM垂直于y轴;
(Ⅱ)若P是半椭圆x2+y24=1(x<0)上的动点,
求△PAB面积的取值范围(2018年高考浙江卷第21题).
抛物线具有结构简单优美、代数计算量适中的特点,因此常常受到命题者的青睐.本题设计巧妙,不落俗套,创新意识突出,具有良好的区分度,而且它的许多性质源于著名的“阿基米德三角形”.
2试题解析
(Ⅰ)证明
方法1设P(x0,y0),A(x1,y1),B(x2,y2),则线段AP的中点
C(x0+x12,y0+y12),代入抛物线方程,得
y12+2y0y1+y20=8x0+8x1,即y12-2y0y1+8x0-y20=0,
依题意,y1,y2是方程y2-2y0y+8x0-y20=0的两个根,则y1+y2=2y0,即y0=yM,故PM垂直于y轴.
[TP魏定波-2.tif,Y][TS(][JZ]图2[TS)]
方法2设线段PA、PB的中点分别为C、D,线段CD的中点为N,由平面几何知识容易知道P、N、M三点共线(如图2).
(1)当直线AB与x轴垂直时,由于抛物线的对称轴是x轴,所以△PAB是等腰三角形,且AB∥y轴,则有PM⊥AB(M,N在x轴上),即PM垂直于y轴.
(2)当直线AB与x轴不垂直时,
kAB=y1-y2x1-x2=4y1+y2=2yM,同理kCD=2yN,由AB∥CD,得yM=yN,即PM垂直于y轴.
综上所述,PM垂直于y轴.
(Ⅱ)解法1由(Ⅰ)得,y1+y2=2y0,y1y2=8x0-y20,
S△PAB=12|PM|·|y1-y2|=12(x1+x22-x0)|y1-y2|=12(y12+y228-x0)|y1-y2|
=324(y20-4x0)y20-4x0.
由于y20=4-4x20(-1≤x0<0),所以y20-4x0=4(-x20-x0+1)∈[4,5],故S△PAB∈[62,15104].
解法2设直线AB的方程x=ty+m,
由x=ty+m,y2=4x,得,y2-4ty-4m=0,因为y1+y2=2y0,y1y2=8x0-y20,所以t=12y0,m=y204-2x0,
|AB|=(1+t2)(y2-y1)2=(1+t2)(8y20-32x0),d=|x0-ty0-m|1+t2,所以
S△PAB=12|AB|·d=324(y20-4x0)y20-4x0,以下同解法1.
[STFZ]3性质再探
将上述试题作进一步探究:
(1)已知抛物线C:y2=4x的内接梯形ABCD,其中AB∥CD.
①则该梯形的两腰所在直线的交点、对角线交点及上下底的中点都在垂直y轴的直线l上(如图3);
②若直线l与抛物线C交于R,则过R点抛物线的切线与直线AB平行;
[TP魏定波-3.tif,Y][TS(][JZ]图3[TS)]
③若直线AB、AC、BD的斜率存在,则1kAC+1kBD=2kAB;
④若直线AB的斜率不存在,则kAC+kBD=0;
⑤若直线AC的斜率不存在,则kAB=2kBD;
证明①的证明与试题(Ⅰ)证明相仿,不再阐述.
②当直线AB斜率不存在时,点R即为原点O,结论成立;当直线AB斜率存在时,对于y2=4x两边对x求导,得2y·y′=4,则k=y′=2yR=2yM=kAB,即过R点抛物线的切线与直线AB平行.
③1kAC+1kBD=xC-xAyC-yA+xB-xDyB-yD=yC+yA4+yB+yD4
=yB+yA4+yC+yD4=yM+yN2=2·yM2=2kAB;
下面证明⑤,对于④的证明同理可得.
因为直线AC的斜率不存在,所以xC=xA,yC+yA=0,又yC+yD=yA+yB.
则yD-yB=2yA,
所以kAB=yB-yAxB-xA=4yB+yA=2×4yB+yD=2kBD.
(2)已知抛物线C:y2=4x的内接梯形ABCD,其中AB∥CD,过点P作抛物线的两切线PE和PF(其中切点为E、F),則直线EF与AB平行,且直线EF经过Q点(如图4).
[TP魏定波-4.tif,Y][TS(][JZ]图4[TS)]
证明由P(x0,y0)向抛物线C:y2=4x作切线PE、PF,容易得到切点弦EF所在的直线方程为:
2x-y0y+2x0=0,对比直线AB的方程4x-2y0y+yAyB=0,可得,EF∥AB.
由2x-y0y+2x0=0得线段EF的中点Q′(y202-x0,y0),又直线AC的方程为
4x-(yA+yC)y+yAyC=0,要证明Q′,Q重合,只须等式
(yA+yC)y0-yAyC=4(y202-x0)成立.
由于直线BC过点P,所以(yB+yC)y0-yByC=4x0,上述二个等式相加,其右边等于4(y202-x0)+4x0=2y20,其左边等于
(yB+yC)y0-yByC+(yA+yC)y0-yAyC=(yB+yA+2yC)y0-(yB+yA)yC
=(2y0+2yC)y0-2y0yC=(2y0+2yC)y0-2y0yC=2y20.
故(yA+yC)y0-yAyC=4(y202-x0)成立,即直线EF经过Q点.
进一步,当D、C分别趋向于A、B时,直线AD的方程由4x-(yA+yC)y+yAyC=0,变为4x-2yAy+yA2=0,即为2x-yAy+2xA=0,此为过点A的抛物线切线方程,△PAB转化为著名的“阿基米德三角形”.
作者简介魏定波,浙江省宁波市第四中学高级教师.
[HT][HJ][FL)]
[JZ(][HT2H]2018年全国Ⅰ卷理第19题的探究
[HT][HT5K]江西省吉水中学331600[HT5H]孙春生
[JZ)][HT]
[FL(K2]
2018年高考全国I卷理科第19题
设椭圆C:x22+y2=1的右焦点为F,过F的直线l与C交于A、B两点,点M的坐标为(2,0).
(1)当l与x轴垂直时,求直线AM的方程;
(2)设O为坐标原点,证明:∠OMA=∠OMB.
本题围绕直线与椭圆的位置关系这一重点内容,加强了对解析几何基本概念、基本思想方法和关键能力的考查,着重考查了直线方程的求法,椭圆的简单几何性质、直线与椭圆的位置关系及直线的斜率等多个知识点.简洁明了的题意背后是命题人的匠心独运,笔者利用几何画板对本题作了较系统的探究,现结合2018年高考Ⅰ卷文科第20题,一并阐述如下.
解(1)略;
(2)证明:当直线l与x轴重合时,∠OMA=∠OMB=0,符合题意;
当直线l与x轴不重合时,设l的方程为:x=ty+c,
由x=ty+1,x22+y2=1,得:(t2+2)y2+2ty-1=0,
由于点F在曲线内,故方程存在两个根.设方程的两个根分别为y1,y2,则
y1+y2=-2tt2+2,y1y2=-1t2+2,
要使∠OMA=∠OMB相等,则问题转化为证明直线MA与MB的斜率互为相反数,设直线MA与直线MB的斜率分别为kMA,kMB,则
kMA+kMB=y1x1-2+y2x2-2=y1ty1-1+y2ty2-1=2ty1y2-(y1+y2)(ty1-1)(ty2-1),
将y1+y2,y1y2的表达式分别代入,可得
kMA+kMB=2ty1y2-(y1+y2)(ty1-1)(ty2-1)=-2tt2+2--2tt2+2(ty1-1)(ty2-1)=0
故此时∠OMA=∠OMB,
综上所述,∠OMA=∠OMB.
解题后进行探究:题中的点M有什么特殊性吗?由椭圆的简单几何性质,通过计算知M是椭圆准线与x轴的交点,将探究拓展成一般情形的猜想得到命题:
命题1设椭圆C:x2a2+y2b2=1(a>b>0)的右焦点为F,过F的直线l与C交于A、B两点,点M的坐标为(a2c,0),O为坐标原点,则∠OMA=∠OMB.
证明当直线l与x轴重合时,∠OMA=∠OMB=0,符合题意;
当直线l与x轴不重合时,设l的方程为:x=ty+c,由
x=ty+c,x2a2+y2b2=1,得:(b2t2+a2)y2+2tcb2y-b4=0,由于点F在曲线内,故方程存在两个根y1,y2,且y1+y2=-2tcb2b2t2+a2,y1y2=-b4b2t2+a2,
设直线MA与直线MB的斜率分别为kMA,kMB,则
kMA+kMB=y1x1-a2c+y2x2-a2c=cy1cty1-b2+cy2cty2-b2=2c2ty1y2-b2c(y1+y2)(cty1-b2)(cty2-b2)
将y1+y2,y1y2的表达式分别代入,可得kMA+kMB=2c2ty1y2-b2c(y1+y2)(cty1-b2)(cty2-b2)=0.
因此,对椭圆一般情况问题成立.
将椭圆推广到双曲线,易证以下推广命题:
推广1设双曲线C:x2a2-y2b2=1(a>b>0)的右焦点为F,过F的直线l与C的右支同时交于A、B两点,点M的坐标为(a2c,0),O为坐标原点,则∠OMA=∠OMB.
进一步探究,当过F的直线l与C的左、右支分别交于一点时,情形如何?从几何作图来看,猜想有∠OMA+∠OMB=180°.
证明当直线l与x轴重合时,∠OMA+∠OMB=180°,符合题意;
当直线l与x轴不重合时,设l的方程为:x=ty+c,
由x=ty+c,x2a2-y2b2=1,得:(b2t2-a2)y2+2tcb2y+b4=0,
设方程的两个根为y1,y2,则y1+y2=-2tcb2b2t2-a2,y1y2=b4b2t2-a2,
设直线MA与MB的斜率分别为kMA,kMB,则
kMA+kMB=y1x1-a2c+y2x2-a2c=cy1cty1+b2+cy2cty2+b2=2c2ty1y2+b2c(y1+y2)(cty1-b2)(cty2-b2)=0
因此直线MA与MB倾斜角互补,即∠OMA+∠OMB=180°成立.
推广2设双曲线C:x2a2-y2b2=1(a>b>0)的右焦点为F,过F的直线l与C的左右支分别交于A、B两点,点M的坐标为(a2c,0),O为坐标原点,则∠OMA+∠OMB=180°.
椭圆中这一性质对于双曲线有类似的推广命题,对于抛物线也不难证得有相关结论:
推广3设抛物线C:y2=2px的焦点为F,过F的直线与C交于A、B两点,点
M(-p2,0),O為坐标原点,则∠OMA=∠OMB.
这一结论与2018年全国Ⅰ卷文科第20题极为相似:
(2018年高考Ⅰ卷文科第20题)已知抛物线C:y2=2x,点A(2,0),B(-2,0),过A的直线l与C交于M,N两点,证明∠ABM=∠ABN.
比照推广3与高考文科题20,易猜想在抛物线中,只需要满足x轴上的两点A,B对称地分布在原点两侧,命题成立.
探究设A(a,0),B(-a,0)(a>0,a∈[WTHZ]R[WTBX]),过A作直线l交抛物线C:y2=2px于M,N两点,则∠ABM=∠ABN.
证明设l的方程为:x=ty+a,
由x=ty+a,y2=2px,得:y2-2pty-2pa=0,
设方程的两个根为y1,y2,则y1+y2=2pt,y1y2=-2pa,
由直线MA与直线MB的斜率之和为:
kMA+kMB=y1x1+a+y2x2+a=y1ty1+2a+y2ty2+2a=2ty1y2+2a(y1+y2)(ty1+2a)(ty2+2a)=0,
因此猜想成立,故综合以上探究有以下命题:
命题2设抛物线C:y2=2px,点A(a,0),点B(-a,0)(a>0,a∈[WTHZ]R[WTBX]),过点A的直线l与C交于M,N两点,则∠ABM=∠ABN.
进一步探究,可得以上命题的逆命题仍成立,故有以下推广命题:
推论1已知椭圆C:x2a2+y2b2=1(a>b>0)的右焦点为F,过F的直线l与C交于A、B两点,O为坐标原点,则存在唯一一点M(a2c,0),使∠OMA=∠OMB.
推论2已知双曲线C:x2a2-y2b2=1(a>b>0)的右焦点为F,过F的直线l与C同时交于右支A、B两点,则存在唯一一点M(a2c,0),使∠OMA=∠OMB.
推论3已知双曲线C:x2a2-y2b2=1(a>b>0)的右焦点为F,过F的直线l与C交于左右两支分别为A、B两点,O为坐标原点,则存在唯一一点M(a2c,0),使∠OMA+∠OMB=180°.
推论4已知抛物线C:y2=2px,点A(a,0)(a>0,a∈[WTHZ]R[WTBX]),过A的直线l与C交于M,N两点,则存在唯一一点B(-a,0),使∠MBA=∠NBA.
一个看似平淡无奇的高考题,其产生的依据却是一些通用的性质作背景,若我们在解决数学问题后,能根据题中条件与结论之间蕴含的内在联系,在题后多反思,并由特殊推广到一般情形,则我们更能把握问题的实质,更能统领问题的全局.
作者简介
孙春生(1971—),男,江西吉水人.
研究方向:高中数学教材教法,高考命题方向探究,高中数学解题方法探讨,经典题型母题研究.
主要成绩:江西省骨干教师,吉水县名师,一直从事高中数学教学,兼任学校数学教研组长,指导学生在高考与奥赛中取得优异成绩,在《数学通报》、《数学教学》、《中学数学杂志》等省级以上刊物发表文章百余篇,撰写教辅书多部.
[HT][HJ][FL)]
[JZ(][HT2XBS]巧用结论妙解试题
[ZW(*]基金项目:四川省"西部卓越中学数学教师协同培养计划"项目(ZY16001).[ZW)]
[HT1.][HT4F]——以2018年圆锥曲线试题为例
[HT][HT5K]四川省内江师范学院数学与信息科学学院641100[HT5H]余小芬彭玉灵
[JZ)][HT]
[FL(K2]
教材中结论主要以公式、定理、法则的形式直接呈现.事实上,教材中间接隐含了一些结论(这里称为“二手”结论)需要开发.“二手”结论往往是高考命题的重要取材、是解答高考试题的重要工具.本文以“二手结论”在2018年圆锥曲线试题中的应用举例说明.
结论1双曲线焦点到渐近线的距离为b,其中b为虚半轴长.
证明不妨设双曲线x2a2-y2b2=1(a>0,b>0),右焦点F(c,0),l:y=bax为双曲线的一条渐近线,即bx-ay=0.故F到l的距离d=bcb2+a2=bcc=b.
例1(2018年高考全国Ⅲ卷文科第10题)已知双曲线C:x2a2-y2b2=1(a>0,b>0)的离心率为2,则点(4,0)到C的渐近线的距离为().
A.2B.2C.322D.22
解不妨设c=4,故点(4,0)为双曲线右焦点.由结论1,(4,0)到C的渐近线的距离为b.由e=2
=ca,得a=22,所以b=c2-a2=22.故选D.
评注本题通过特殊法假设c=4,巧妙将问题转化为双曲线焦点到渐近线的距离,从而利用结论快速求解,避免了繁琐计算,节约了求解时间.
例2(2018年高考天津卷理科第7题)已知双曲线x2a2-y2b2=1(a>0,b>0)的离心率为2,过右焦点且垂直于x轴的直线与双曲线交于A,B两点,设A、B到双曲线同一条渐近线的距离分别为d1和d2,且d1+d2=6,则双曲线的方程为().
A.x24-y212=1B.x212-y24=1C.x23-y29=1D.x29-y23=1
图1
解如图1,设右焦点为P,作AC⊥l(l为渐近线)于C,BD⊥l于D,PM⊥l于M.易知PM为梯形ABDC的中位线,所以d1+d2=AC+BD=2PM=6,PM=3.又由结论1,b=PM=3.再由e=ca=2,c2=a2+b2,解得a2=3,故双曲线方程为x23-y29=1.
评注本题结合梯形中位线性质,将d1+d2转化为焦点到准线的距离,进而利用结论1求解问题.
例3(2018年高考全國Ⅰ卷理科第11题)已知双曲线C:x23-y2=1,O为坐标原点,F为C的右焦点,过F的直线与C的两条渐近线的交点分别为M,N.若△OMN为直角三角形,则MN=().
A.32B.3C.23D.4
图2
解如图2,双曲线渐近线方程为y=±33x,故tan∠MOF=33,所以∠MOF=30°,∠MON=60°.故Rt△OMN中,不妨设∠OMN=90°(∠ONM=90°同理可得),即FM⊥OM,故由结论1,FM=b.又OF=c,故MO=a=3.因此在Rt△OMN中,MN=MO·tan60°=3MO=3.
评注本题关键是通过渐近线方程求得Rt△OMN中∠MON=60°,以此确定△OMN中直角位置,
从而利用结论1求得△OMN中一直角边,进而根据正切函数求得边长.
例4(2018年高考全国Ⅲ卷理科第11题)设F1,F2是双曲线C:x2a2-y2b2=1(a>0,b>0)的左,右焦点,O是坐标原点.过F2作C的一条渐近线的垂线,垂足为P.若PF1=6OP,则C的离心率为().
A.5B.2C.3D.2
图3
解如图3,过F1作渐近线l的垂线,垂足为P′.由结论1,F2P=F1P′=b.在Rt△POF2中,OP=OF22-PF22=c2-b2=a.同理,OP′=a.由已知,PF1=6OP=6a.又在Rt△PP′F1中,PF1=F1P′2+PP′2=b2+4a2.故6a=b2+4a2,解得b2a2=2.故e=1+b2a2=3.
评注在Rt△POF2中,利用结论1易求OP长,进而结合PF1=6OP求得PF1长.事实上,本题可在△PF1F2中利用余弦定理建立a,b的关系式,但计算较为复杂.因此,通过利用双曲线的对称性,在Rt△PP′F1中求得PF1的长,再利用等量替换求得a,b比例关系,减少了运算量,节约了求解时间.
结论2已知F1,F2分别为椭圆x2a2+y2b2=1(a>b>0)的左、右焦点,P是C上的一点,若PF1⊥PF2,且∠PF2F1=θ,则离心率e=1sinθ+cosθ.
证明在Rt△PF1F2中,F1F2=2c,故PF2=F1F2·cosθ=2ccosθ,PF1=2csinθ.所以PF1+PF2=2c(sinθ+cosθ)=2a,因此离心率e=ca=1sinθ+cosθ.
例5(2018年高考全国Ⅱ卷文科第11题)已知F1,F2是椭圆C的两个焦点,P是C上的一点,若PF1⊥PF2,且∠PF2F1=60°,则C的离心率为().
A.1-32B.2-3C.3-12D.3-1
解由题意,利用结论2,e=1sin60°+cos60°=3-1.
例6(2018年高考北京卷理科第14题)已知椭圆M:x2a2+y2b2=1(a>b>0),双曲线N:x2m2-y2n2=1,若双曲线N的两条渐近线与椭圆M的四个交点及椭圆M的两个焦点恰为一个正六边形的顶点,则椭圆M的离心率为,双曲线N的离心率为.图4
解如图4,不妨设椭圆M的左,右焦点分别为F1,F2.由题意,ABF1CDF2为正六边形.连接AF1,易知∠F1AF2=90°,且∠F1F2A=60°.故由结论2,椭圆离心率e=1sin60°+cos60°=3-1.
连接AO,易知∠AOF2=60°,即双曲线渐近线斜率nm=tan60°=3,故双曲线N的离心率e=1+n2m2=2.
评注根据正六边形几何性质,不难得到题中焦点△F1AF2满足结论2的条件,故利用公式直接求解椭圆离心率;再由渐近线倾斜角表示斜率,从而获得m,n比例关系,再利用双曲线离心率公式求得答案.
图5
结论3若AB是过抛物线y2=2px(p>0)的焦点的弦,则以AB为直径的圆与抛物线的准线相切,且切点M与焦点F的连线垂直于弦AB.
证明如图5,过点A,B分别向抛物线的准线l作垂线,垂足分别为A1,B1.过AB中点N向l作垂线,垂足为M.设以AB为直径的圆的半径为r,因为2r=AB=AF+BF=AA1+BB1=2MN,故MN=r.因此,以AB为直径的圆与l相切.
下面再证MF⊥AB.
(1)当AB与x轴垂直时,结论显然成立;
(2)当AB不与x轴垂直时,设M(-p2,t),又F(p2,0),故kMF=t-p.又kAB=yA-yBxA-xB=
yA-yBy2A2p-y2B2p=2pyA+yB=2p2yN=pt,故kMF·kAB=-1,即MF⊥AB.例7(2018年高考全国Ⅲ卷理科第16题)已知点M-1,1和抛物线C:y2=4x,过C的焦点且斜率为k的直线与C交于A,B两点.若∠AMB=90°,则k=[CD#4].
解由题意,抛物线C的焦点为F(1,0),准线方程为:x=-1.即M(-1,1)恰在准线上,且满足∠AMB=90°,故由结论3,有MF⊥AB,所以kMF·kAB=-1.又kMF=0-11-(-1)=-12,故kAB=2.
评注由抛物线方程易知M在抛物线准线上,且∠AMB=90°,即M位于以AB为直径的圆上,且M恰为该圆与准线相切的切点,故由结论3,利用两直线垂直的斜率关系,快速求得直线AB的斜率.由此可见,利用结论求解避免了联立直线与曲线方程求解的繁琐.
结论4设点P(x0,y0)是椭圆x2a2+y2b2=1(a>b>0)上的一点,F1(-c,0),F2(c,0)分别为椭圆的左右焦点,则PF1=a+ex0,PF2=a-ex0,其中e为椭圆离心率.
证明PF12=(x0+c)2+y20=(x20+2cx0+c2)+b2-b2a2x20=(1-b2a2)x20+2cx0+c2+b2=c2a2x20+2cx0+a2=(cax0+a)2,所以PF1=cax0+a=ex0+a.又PF1+PF2=2a,所以PF2=a-ex0.
例8(2018年高考全国Ⅲ卷文科第20题)已知斜率为k的直线l与椭圆C:x24+y23=1交于A,B两点.线段AB的中点为M1,mm>0.
(Ⅰ)略;(Ⅱ)F为C的右焦点,P为C上一点,且FP+FA+FB=[STHZ]0.
证明:2FP=FA+FB.
解由题意,a=2,b=3,所以c=1,故右焦点为F(1,0),离心率e=12.设A(x1,y1),B(x2,y2),P(x3,y3),故FP+FA+FB=(x3-1,y3)+(x1-1,y1)+(x2-1,y2)=(x1+x2+x3-3,y1+y2+y3).
由FP+FA+FB=[STHZ]0,得x1+x2+x3=3.又线段AB的中点为M1,m,所以x1+x2=2,x3=1.又由结论4,FA=a-ex1=2-12x1,FB=a-ex2=2-12x2,FP=a-ex3=2-12x3=32.所以FA+FB=4-12(x1+x2)=3,故FA+FB=2FP,即2FP=FA+FB.
評注解决本题的关键是利用结论4表示出FA,FB,FP,再结合条件:FP+FA+FB=[STHZ]0及M为线段AB中点,通过向量加法的坐标运算及中点坐标公式求得x1,x2,x3的关系,从而证得结论.
由此可见,“二手结论”在解决高考试题中发挥着重要作用,利用“二手结论”解题也体现了近年高考“多考点想,少考点算”的基本命题理念.特别指出,上文的结论1—4并非“繁难偏怪”,而是完全依据教材中圆锥曲线的重要概念、性质以及领悟教材例题、习题设计意图,通过适当变式、拓展而来.这正如教育家叶圣陶先生所说:“教材无非是个例子,它只能作为教课的依据.要教得好,使学生受益,还要靠教师善于运用.”因此,基于《普通高中数学课程标准(2017年版)》、《普通高等学校招生全国统一考试大纲》,结合高考命题实际,对教材中的某些内容进行删减、拓展、补充、改进、增补、变式、整合等.通过二次开发,将学习形态的数学转化为应试形态的数学、将教材结构转化为应试结构,不仅可以弥补、完善数学知识结构,也能促进学生对知识灵活、综合的应用,拓宽学生数学思维的广度和深度,激发他们进一步学习的潜能.