处理解析几何“长度问题”的五大视角

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  近几年解析几何中的“长度问题”已成为高考与竞赛试卷命题的热点.此类问题有综合性强、运算量大、思想方法多、思维能力要求高等特点.对这类问题,只要采取恰当的视角,就可以快速、有效地找到解题途径.本文从五个角度介绍破解策略,供读者参考,希望能给读者一点启发.
  一、公式视角
  运用两点间的距离公式求长度是最常用也是最有效的方法,它是解析几何处理“长度”问题的通法.运用此法,解题思路自然、流畅,缺点是“变形”要求略高,运算量偏大.
  【例1】(2010年山东理21)如图,已知椭圆■+■=1(a>b>0),离心率为■,以该椭圆上的点和椭圆的左右焦点F1、F2为顶点的三角形的周长为4(■+1),等轴双曲线的顶点是该椭圆的焦点,设P是双曲线上异于顶点的任一点,直线PF1、PF2与椭圆的交点分别为A、B和C、D.Ⅰ)求椭圆和双曲线的标准方程;Ⅱ)设直线PF1、PF2的斜率分别为k1、k2,求证:k1、k2=1;Ⅲ)是否有正实数λ,使|AB|+|CD|=λ|AB|·|CD|恒成立?若存在,求出λ的值,若不存在,说明理由.
  解:Ⅰ)椭圆方程■+■=1,双曲线方程x2-y2=4.
  Ⅱ)略.
  Ⅲ)设PF1所在直线方程为:y=k1(x+2),设A(x2,y2),B(x2,y2).
  由y=k1(x+2)■+■=1消去y得(1+2k12)x2+8k21x+8k21-8=0由韦达定理得x1+x2=■,x1x2■结合k1k2=1得|AB|=■|x1-x2|=■.同理可得|CD|=■所以|AB|+|CD|=■.|AB|+|CD|=■因为|AB|+|CD|=λ|AB|·|CD|恒成立,所以12■=32λ,即λ=■.
  二、坐标视角
  所谓坐标化,就是通过坐标将“长度”转化为坐标来处理的一种解题方法,其本质是几何问题代数化.通过建立坐标系(直角坐标系或极坐标系),利用长度与直角坐标、长度与极径的内在联系使难于处理的某些长度问题转化为坐标——即数的运算来解决,我们熟知的“化斜为直”就是坐标化运用的典型例子。
  【例2】(2012年浙江省高中数学竞赛19题)设P为椭圆■+■=1长轴上一个动点,过P点斜率为k的直线交椭圆于A、B两点,若|PA|2+|PB|2的值仅依赖于K而与P无关,求的值。
  解:设P(m,0),则过P点斜率为k的直线方程为y=k(x-m),其倾斜角为α,易知k≠0,设A(x1,x2).B(x2.y2)故|PA|2+|PB|2=■+■=■(y21+y22)
  由y=k(x-m)■+■=1消去x并整理得(16+25k2)y2+32mky+16m2k2-400k2=0
  由韦达定理得y1+y2=■,y1y2=■所以
  ■(y21+y22)=■[(y1+y2)2-2y1y2]
  =■
  因为|PA|2+|PB|2的值仅依赖于k而与P无关,所以16-25k2=0,从而k=±■
  三、参数视角
  直线的参数方程中的参数有明显的几何意义,它与长度问题密切相关,受此启发,求长度之比、面积之比、证明有关长度的恒等式(或不等式)及求长度范围、最值等问题,常可通过合理换元、适当引参,运用参数的几何意义来破解,以实现简化运算,快速求解的目的.
  【例3】直线l过点m(2,1),且与x轴、y轴的正方向分别交于A、B两点,求使|MA|·|MB|最小时直线l的方程。
  解:直线l的参数方程为x=2+tcosθy=1+tsinθ其中t为参数,θ为倾斜角,且θ∈(■,π)设A、B两点对应的参数分别为t1、t2,则由yA=0yB=0可得t1=-■,t2=-■
  所以|MA|·|MB|=|t1|·|t2|=|-■|·|-■|=|-■|所以,当sin2θ=-1即θ=■时,|MA|·|MB|有最小值4,此时直线l的方程为x=2-■ty=1+■t即x+y-3=0
  四、比例视角
  圆锥曲线的定义及平面几何和向量的许多定理、性质(如角平分线定理、合分比定理、三角形的相似比、向量共线定理等)均与长度有关.对于长度之比这类问题,解题时要抓住几何图形的性质特征,运用几何模型,挖掘存在的比例关系便于找到解题的突破口.
  【例4】(2008年江西理15)过抛物线x2=2py(p>0)的焦点F作倾斜角为30°的直线,与抛物线分别交于A、B两点(A在y轴左侧),则■= 。
  解:设l为抛物线的准线,过A、B分别作AM⊥l于N,过A作AC⊥BN于C,设|AF|=x,|BF|=y,|AB|=|AF|+|BF|=X+Y.①由抛物线的定义得|AM|=|AF|=x,|BN|=|BF|=y,所以|BC|=|BN|-|AM|=y-x ②而由已知条件知直线AB的倾斜角为30°,所以∠BAC=30°,于是在Rt△ACB中有|AB|=2|BC|,将①、②式代入得x+y=2(y-x),即3x=y,所以■=■=■.
  五、向量视角
  向量具有数与形的双重特点,既是数与形联系的桥梁,也是求角与长度问题的重要工具,它常与三角函数、解析几何等内容结合在一起,已越来越受到命题老师的青睐.解析几何的“长度问题”如果能与向量结合,利用向量知识与方法可将长度问题向量化,就能收到事半功倍的解题效果。
  例题:(略)。
  (作者单位:浙江省宁海中学)
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