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江苏省南京市、盐城市三月份高三年级第二次模拟考试中有这样一道试题:在平面直角坐标系xOy中,已知⊙C:x2 (y-1)2=5,A为⊙C与x负半轴的交点,过A作⊙C的弦AB,记线段AB的中点为M,若OM=OA,则直线AB的斜率为.
该题可以从多种角度进行分析求解,现将同学们的解法整理成文,并作点评分析,希望给高三同学的复习有一点启迪.
解法1:如图,设⊙C与x正半轴的交点为D,连结CM,DM,OM.∵AM=BM,∴CM⊥AB.又∵OM=OA=OD=2,
∴△AMD为直角三角形,且DM⊥AB,
∴M,C,D三点共线.
∴tan∠BAO=tan∠OCD=ODOC=21=2,
所以直线AB的斜率为2.
或由C(0,1),D(2,0),所以直线CD的斜率为-12,又AB⊥CD,所以直线AB的斜率为2.
点评:这种思路较好地运用了圆和三角形的几何性质,从而转化为求一个已知的三角形OCD中一个角的正切值问题或与其垂直的直线斜率的问题.反映了这些同学有较好的平面几何基础.
解法2:如图,连结CM,OM,∵AM=BM,∴CM⊥AB.
设∠BAO=α,∵OM=OA=2,∴∠AMO=α,
从而∠CMO=π2-α,∠MCO=π-α,
在△COM中,由正弦定理得OCsin(π2-α)=OMsin(π-α),
即1cosα=2sinα所以tanα=2,所以直线AB的斜率为2.
解法3:如上图,连结CM,OM,∵AM=BM,
∴CM⊥AB.
设∠BAO=α,CM=d,
则∠CMO=π2-α,
AM=CA2-CM2=5-d2,
在△AOM中,∵OM=OA=2,AM=5-d2,
∴cosα=12AMOA=145-d2.
在△COM中,cos(π2-α)=CM2 OM2-OC22CM·OM=d2 34d,即sinα=d2 34d,
∵sin2α cos2α=1,∴(145-d2)2 (d2 34d)2=1,化简得d2=95,
∴cosα=15,sinα=25,tanα=2,所以直线AB的斜率为2.
点评:解法2和解法3用我们熟悉的正弦定理或余弦定理建立方程,再通过解方程加以解决,这是我们最容易想到的基本方法,其中解法3比解法4简单自然.它们都是方程思想在解题中的具体体现.
解法4:设M点的坐标为(x,y),易知A点的坐标为(-2,0),故B点的坐标为(2x 2,2y),由OM=OA=2及点B在圆C上得:
x2 y2=4(2x 2)2 (2y-1)2=5即x2 y2=4x2 y2 2x-y=0
解得x=-65y=85或x=-2y=0(不合,舍去),
∴kAB=85-65 2=2,
所以直线AB的斜率为2.
点评:其实由∠AMC=∠AOC=π2知A,O,C,M四点共圆,即点M在以AC为直径的圆上.由A(-2,0),C(10,1)知M在圆:(x 1)2 (y-12)2=54上,下同解法4.
解法5:设M点的坐标为(x,y),同解法4得:
x2 y2=4(2x 2)2 (2y-1)2=5即x2 y2=4x2 y2 2x-y=0
两式相减得y=2x 4.
从而点M的坐标满足这个方程,又因为点A的坐标也是这个方程的解,所以这个方程就是直线AM即直线AB的方程.所以直线AB的斜率为2.
点评:解法4和解法5都是解析几何中常用的基本方法,也是最贴近问题的解法,解法4是设而再求之,解法5是设而不求,都体现了曲线与方程的思想,其中解法5对曲线与方程的概念的理解更加深刻.也有同学把直线AB理解为两圆的公共弦,从而转化为求我们熟悉的两圆公共弦问题,这是数形结合思想的较好体现.
(作者:薛成梅、解志巍、卜以军,江苏省建湖高级中学)
该题可以从多种角度进行分析求解,现将同学们的解法整理成文,并作点评分析,希望给高三同学的复习有一点启迪.
解法1:如图,设⊙C与x正半轴的交点为D,连结CM,DM,OM.∵AM=BM,∴CM⊥AB.又∵OM=OA=OD=2,
∴△AMD为直角三角形,且DM⊥AB,
∴M,C,D三点共线.
∴tan∠BAO=tan∠OCD=ODOC=21=2,
所以直线AB的斜率为2.
或由C(0,1),D(2,0),所以直线CD的斜率为-12,又AB⊥CD,所以直线AB的斜率为2.
点评:这种思路较好地运用了圆和三角形的几何性质,从而转化为求一个已知的三角形OCD中一个角的正切值问题或与其垂直的直线斜率的问题.反映了这些同学有较好的平面几何基础.
解法2:如图,连结CM,OM,∵AM=BM,∴CM⊥AB.
设∠BAO=α,∵OM=OA=2,∴∠AMO=α,
从而∠CMO=π2-α,∠MCO=π-α,
在△COM中,由正弦定理得OCsin(π2-α)=OMsin(π-α),
即1cosα=2sinα所以tanα=2,所以直线AB的斜率为2.
解法3:如上图,连结CM,OM,∵AM=BM,
∴CM⊥AB.
设∠BAO=α,CM=d,
则∠CMO=π2-α,
AM=CA2-CM2=5-d2,
在△AOM中,∵OM=OA=2,AM=5-d2,
∴cosα=12AMOA=145-d2.
在△COM中,cos(π2-α)=CM2 OM2-OC22CM·OM=d2 34d,即sinα=d2 34d,
∵sin2α cos2α=1,∴(145-d2)2 (d2 34d)2=1,化简得d2=95,
∴cosα=15,sinα=25,tanα=2,所以直线AB的斜率为2.
点评:解法2和解法3用我们熟悉的正弦定理或余弦定理建立方程,再通过解方程加以解决,这是我们最容易想到的基本方法,其中解法3比解法4简单自然.它们都是方程思想在解题中的具体体现.
解法4:设M点的坐标为(x,y),易知A点的坐标为(-2,0),故B点的坐标为(2x 2,2y),由OM=OA=2及点B在圆C上得:
x2 y2=4(2x 2)2 (2y-1)2=5即x2 y2=4x2 y2 2x-y=0
解得x=-65y=85或x=-2y=0(不合,舍去),
∴kAB=85-65 2=2,
所以直线AB的斜率为2.
点评:其实由∠AMC=∠AOC=π2知A,O,C,M四点共圆,即点M在以AC为直径的圆上.由A(-2,0),C(10,1)知M在圆:(x 1)2 (y-12)2=54上,下同解法4.
解法5:设M点的坐标为(x,y),同解法4得:
x2 y2=4(2x 2)2 (2y-1)2=5即x2 y2=4x2 y2 2x-y=0
两式相减得y=2x 4.
从而点M的坐标满足这个方程,又因为点A的坐标也是这个方程的解,所以这个方程就是直线AM即直线AB的方程.所以直线AB的斜率为2.
点评:解法4和解法5都是解析几何中常用的基本方法,也是最贴近问题的解法,解法4是设而再求之,解法5是设而不求,都体现了曲线与方程的思想,其中解法5对曲线与方程的概念的理解更加深刻.也有同学把直线AB理解为两圆的公共弦,从而转化为求我们熟悉的两圆公共弦问题,这是数形结合思想的较好体现.
(作者:薛成梅、解志巍、卜以军,江苏省建湖高级中学)