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解析几何中确定参数的取值范围是一类综合性强、变量多、涉及知识面广的题目,因而也是解析几何中的一个难点问题,高考试题中也常出现此类问题.由于不少考生在处理这类问题时无从下手,不知道确定参数范围的函数关系或不等关系从何而来,本文就通过一些实例来介绍这类问题相应的解法.
一、判别式法
当问题涉及直线与圆锥曲线的位置关系时,一般情况下可将它们的方程联立,消去其中的一个变量得到关于另一个变量的一元二次方程如A(m)x2+B(m)x+C(m)=0(m为参数),再根据它们的位置关系用判别式Δ=B2(m)-4A(m)C(m)得出关于参数的不等式.
例1 已知一条斜率为k(k≠0)的直线l,与椭圆x23+y2=1交于两个不同的点M,N,且M,N到点A(0,-1)的距离相等,求直线l的斜率k的取值范围.
解析 设直线l的方程为y=kx+m,P为MN的中点,则AP⊥MN.
联立y=kx+m,x23+y2=1,消去y,得
(1+3k2)x2+6mkx+3m2-3=0.
设M(x1,y1),N(x2,y2),则
xp=x1+x22=-3mk1+3k2,yp=kxp+m=3m1+3k2.
故P-3mk1+3k2,3m1+3k2,∴kAP=-3k2+m+13mk.
∵AP⊥MN,
∴-3k2+m+13mk=-1k(k≠0),即m=3k2+12.
由Δ=36m2k2-4(1+3k2)(3m2-3)=9(1+3k2)(1-k2)>0,解得-1 评析 该题含有两个参数k,m,先由AP⊥MN,找出两个参数k与m之间的关系式,再由直线与椭圆有两个不同的交点,应用判别式求出参数k与m的不等式,最后求出参数k的取值范围.
二、利用圆锥曲线的有界性
圆锥曲线中所涉及的几何量有不少具有有界性,据此可得关于参数的不等式.
点P(x0,y0)在圆(x-a)2+(y-b)2=r2(r>0)上,则a-r≤x0≤a+r,b-r≤y0≤b+r.
点P(x0,y0)在椭圆x2a2+y2b2=1(a>b>0)上,则-a≤x0≤a,-b≤y0≤b;
点P(x0,y0)在双曲线x2a2-y2b2=1(a>0,b>0)上,则x0≤-a或x0≥a;
点P(x0,y0)在抛物线y2=2px(p>0)上,则x0≥0.
三、利用圆锥曲线定义与余弦定理
例2 椭圆x29+y24=1的左、右焦点分别为F1,F2,点P为椭圆上的动点,当∠F1PF2为钝角时,求点P的横坐标的取值范围.
解析 由椭圆方程知a=3,b=2,c=5,e=53.设点P的横坐标为x,则由椭圆第二定义,得|PF1|=3+53x,|PF2|=3-53x.又∠F1PF2为钝角,由余弦定理,得|PF1|2+|PF2|2<|F1F2|2,则3+53x2+3-53x2<(25)2,解得-355 评析 由条件∠F1PF2为钝角得到不等关系|PF1|2+|PF2|2<|F1F2|2或PF1•PF2<0.
四、利用点不在圆锥曲线上
若点P(x0,y0)不在曲线C:f(x,y)=0上,则f(x0,y0)≠0,据此得到不等式:f(x0,y0)>0或f(x0,y0)<0.
点P(x0,y0)在椭圆x2a2+y2b2=1内(外)的充要条件是x20a2+y20b2<1(>1);
点P(x0,y0)在双曲线x2a2-y2b2=1内(外)的充要条件是x20a2-y20b2>1(<1);
点P(x0,y0)在抛物线y2=2px(p>0)的内(外)的充要条件是y20<2px0(y20>2px0).以这些充要条件为背景的范围问题利用上述不等式就可获解.
五、利用常见不等式
对于涉及直线与曲线、曲线与曲线关系求参数范围问题,在消去其中的一个变量得到关于另一个变量的方程后,利用已知量之间的不等关系,得到关于参数的不等式.
六、转化为求函数的值域
根据已知条件,将参数表示为某一变量的函数,通过求函数的值域使问题得到解决.
七、利用圆锥曲线定义与平面几何知识
圆锥曲线定义法及几何法是圆锥曲线问题的重要方法,有些求参数范围问题也可据此得出含有参数的不等式,从而避免运算可能出现的麻烦.
注:本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文
一、判别式法
当问题涉及直线与圆锥曲线的位置关系时,一般情况下可将它们的方程联立,消去其中的一个变量得到关于另一个变量的一元二次方程如A(m)x2+B(m)x+C(m)=0(m为参数),再根据它们的位置关系用判别式Δ=B2(m)-4A(m)C(m)得出关于参数的不等式.
例1 已知一条斜率为k(k≠0)的直线l,与椭圆x23+y2=1交于两个不同的点M,N,且M,N到点A(0,-1)的距离相等,求直线l的斜率k的取值范围.
解析 设直线l的方程为y=kx+m,P为MN的中点,则AP⊥MN.
联立y=kx+m,x23+y2=1,消去y,得
(1+3k2)x2+6mkx+3m2-3=0.
设M(x1,y1),N(x2,y2),则
xp=x1+x22=-3mk1+3k2,yp=kxp+m=3m1+3k2.
故P-3mk1+3k2,3m1+3k2,∴kAP=-3k2+m+13mk.
∵AP⊥MN,
∴-3k2+m+13mk=-1k(k≠0),即m=3k2+12.
由Δ=36m2k2-4(1+3k2)(3m2-3)=9(1+3k2)(1-k2)>0,解得-1
二、利用圆锥曲线的有界性
圆锥曲线中所涉及的几何量有不少具有有界性,据此可得关于参数的不等式.
点P(x0,y0)在圆(x-a)2+(y-b)2=r2(r>0)上,则a-r≤x0≤a+r,b-r≤y0≤b+r.
点P(x0,y0)在椭圆x2a2+y2b2=1(a>b>0)上,则-a≤x0≤a,-b≤y0≤b;
点P(x0,y0)在双曲线x2a2-y2b2=1(a>0,b>0)上,则x0≤-a或x0≥a;
点P(x0,y0)在抛物线y2=2px(p>0)上,则x0≥0.
三、利用圆锥曲线定义与余弦定理
例2 椭圆x29+y24=1的左、右焦点分别为F1,F2,点P为椭圆上的动点,当∠F1PF2为钝角时,求点P的横坐标的取值范围.
解析 由椭圆方程知a=3,b=2,c=5,e=53.设点P的横坐标为x,则由椭圆第二定义,得|PF1|=3+53x,|PF2|=3-53x.又∠F1PF2为钝角,由余弦定理,得|PF1|2+|PF2|2<|F1F2|2,则3+53x2+3-53x2<(25)2,解得-355
四、利用点不在圆锥曲线上
若点P(x0,y0)不在曲线C:f(x,y)=0上,则f(x0,y0)≠0,据此得到不等式:f(x0,y0)>0或f(x0,y0)<0.
点P(x0,y0)在椭圆x2a2+y2b2=1内(外)的充要条件是x20a2+y20b2<1(>1);
点P(x0,y0)在双曲线x2a2-y2b2=1内(外)的充要条件是x20a2-y20b2>1(<1);
点P(x0,y0)在抛物线y2=2px(p>0)的内(外)的充要条件是y20<2px0(y20>2px0).以这些充要条件为背景的范围问题利用上述不等式就可获解.
五、利用常见不等式
对于涉及直线与曲线、曲线与曲线关系求参数范围问题,在消去其中的一个变量得到关于另一个变量的方程后,利用已知量之间的不等关系,得到关于参数的不等式.
六、转化为求函数的值域
根据已知条件,将参数表示为某一变量的函数,通过求函数的值域使问题得到解决.
七、利用圆锥曲线定义与平面几何知识
圆锥曲线定义法及几何法是圆锥曲线问题的重要方法,有些求参数范围问题也可据此得出含有参数的不等式,从而避免运算可能出现的麻烦.
注:本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文