由于 ,所以 ,从而有
于是关于 的方程
由 可知:
方程 的二根同正,故 恒成立,于是 等价于
.
由如上关于 的方程有唯一解,得其判别式 ,就可解得 .
点评:上述解法紧扣解题目标,不断进行问题转换,充分体现了全局观念与整体思维的优越性.
例4已知椭圆C: 和点P(4,1),过P作直线交椭圆于A、B两点,在线段AB上取点Q,使 ,求动点Q的轨迹所在曲线的方程.
分析:这是一个轨迹问题,解题困难在于多动点的困扰,学生往往不知从何入手。其实,应该想到轨迹问题可以通过参数法求解. 因此,首先是选定参数,然后想方设法将点Q的横、纵坐标用参数表达,最后通过消参可达到解题的目的.
由于点 的变化是由直线AB的变化引起的,自然可选择直线AB的斜率 作为参数,如何将 与 联系起来?一方面利用点Q在直线AB上;另一方面就是运用题目条件: 来转化.由A、B、P、Q四点共线,不难得到 ,要建立 与 的关系,只需将直线AB的方程代入椭圆C的方程,利用韦达定理即可.
通过这样的分析,可以看出,虽然我们还没有开始解题,但对于如何解决本题,已经做到心中有数.
在得到 之后,如果能够从整体上把握,认识到:所谓消参,目的不过是得到关于 的方程(不含k),则可由 解得 ,直接代入 即可得到轨迹方程。从而简化消去参的过程。
简解:设 ,则由 可得: ,
解之得: (1)
设直线AB的方程为: ,代入椭圆C的方程,消去 得出关于 x的一元二次方程:
(2)
∴
代入(1),化简得: (3)
与 联立,消去 得:
在(2)中,由 ,解得 ,结合(3)可求得
故知点Q的轨迹方程为: ( ).
点评:由方程组实施消元,产生一个标准的关于一个变量的一元二次方程,其判别式、韦达定理模块思维易于想到. 这当中,难点在引出参,活点在应用参,重点在消去参.,而“引参、用参、消参”三步曲,正是解析几何综合问题求解的一条有效通道.
6、求根公式法
例5设直线 过点P(0,3),和椭圆 顺次交于A、B两点,试求 的取值范围.
分析:本题中,绝大多数同学不难得到: = ,但从此后却一筹莫展, 问题的根源在于对题目的整体把握不够. 事实上,所谓求取值范围,不外乎两条路:其一是构造所求变量关于某个(或某几个)参数的函数关系式(或方程),这只需利用对应的思想实施;其二则是构造关于所求量的一个不等关系.
分析1: 从第一条想法入手, = 已经是一个关系式,但由于有两个变量 ,同时这两个变量的范围不好控制,所以自然想到利用第3个变量——直线AB的斜率k. 问题就转化为如何将 转化为关于k的表达式,到此为止,将直线方程代入椭圆方程,消去y得出关于 的一元二次方程,其求根公式呼之欲出.
简解1:当直线 垂直于x轴时,可求得 ;
当 与x轴不垂直时,设 ,直线 的方程为: ,代入椭圆方程,消去 得
解之得
因为椭圆关于y轴对称,点P在y轴上,所以只需考虑 的情形.
当 时, , ,
所以 = = = .
由 , 解得 ,
所以 ,
综上 .
分析2: 如果想构造关于所求量的不等式,则应该考虑到:判别式往往是产生不等的根源. 由判别式值的非负性可以很快确定 的取值范围,于是问题转化为如何将所求量与 联系起来. 一般来说,韦达定理总是充当这种问题的桥梁,但本题无法直接应用韦达定理,原因在于 不是关于 的对称关系式. 原因找到后,解决问题的方法自然也就有了,即我们可以构造关于 的对称关系式.
简解2:设直线 的方程为: ,代入椭圆方程,消去 得
(*)
则
令 ,则,
在(*)中,由判别式 可得 ,
从而有 ,所以 ,解得 .
结合 得 .
综上, .
点评:范围问题不等关系的建立途径多多,诸如判别式法,均值不等式法,变量的有界性法,函数的性质法,数形结合法等等. 本题也可从数形结合的角度入手,给出又一优美解法.
解题犹如打仗,不能只是忙于冲锋陷阵,一时局部的胜利并不能说明问题,有时甚至会被局部所纠缠而看不清问题的实质所在,只有见微知著,树立全局观念,讲究排兵布阵,运筹帷幄,方能决胜千里.
第三、推理训练:数学推理是由已知的数学命题得出新命题的基本思维形式,它是数学求解的核心。以已知的真实数学命题,即定义、公理、定理、性质等为依据,选择恰当的解题方法,达到解题目标,得出结论的一系列推理过程。在推理过程中,必须注意所使用的命题之间的相互关系(充分性、必要性、充要性等),做到思考缜密、推理严密。通过编写思维流程图来锤炼自己的大脑,快速提高解题能力。
例6椭圆长轴端点为 , 为椭圆中心, 为椭圆的右焦点,且 , .
(Ⅰ)求椭圆的标准方程;
(Ⅱ)记椭圆的上顶点为 ,直线 交椭圆于 两点,问:是否存在直线 ,使点 恰为 的垂心?若存在,求出直线 的方程;若不存在,请说明理由。
思维流程:
解题过程:
(Ⅰ)如图建系,设椭圆方程为 ,则
又∵ 即 ,∴
故椭圆方程为
(Ⅱ)假设存在直线 交椭圆于 两点,且 恰为 的垂心,则
设 ,∵ ,故 ,
于是设直线 为 ,由 得,
∵ 又
得 即
由韦达定理得
解得 或 (舍) 经检验 符合条件.
点石成金:垂心的特点是垂心与顶点的连线垂直对边,然后转化为两向量乘积为零.
例7、已知椭圆 的中心在坐标原点,焦点在坐标轴上,且经过 、 、 三点.
(Ⅰ)求椭圆 的方程:
(Ⅱ)若点D为椭圆 上不同于 、 的任意一点, ,当Δ 内切圆的面积最大时,求Δ 内心的坐标;
思维流程:
(Ⅰ)
解题过程: (Ⅰ)设椭圆方程为 ,将 、 、 代入椭圆E的方程,得
解得 .∴椭圆 的方程 .
(Ⅱ) ,设Δ 边上的高为
当点 在椭圆的上顶点时, 最大为 ,所以 的最大值为 .
设Δ 的内切圆的半径为 ,因为Δ 的周长为定值6.所以,
所以 的最大值为 .所以内切圆圆心的坐标为 .
点石成金:
例8、已知定点 及椭圆 ,过点 的动直线与椭圆相交于 两点.
(Ⅰ)若线段 中点的横坐标是 ,求直线 的方程;
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