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高中數學立體幾何硬解點法

教育 更新时间:2024-07-04 21:44:58

高中數學立體幾何硬解點法(不用仰望數學大神)1

上周日,一位高三的同學過來問我,老師:這道題出的也太吓人了,一共三個點,還全是動點,然後給出的斜率和離心率能有什麼關系?簡直是毀三觀啊!我看完題後,問他:“答案是不是D?”“老師,你必須是做過啊!記答案也是蠻厲害的!”我回答:“當然不是記答案,這個題心算完全可以!”

高中數學立體幾何硬解點法(不用仰望數學大神)2

圓錐曲線的問題中隐含着很多定值,記住這些定值的相關結論,很多問題都可以直接秒殺。由于圓錐曲線的形成是在兩個倒圓錐上做截面而形成的曲線,所以圓也是圓錐曲線的一份子,今天我們把圓,橢圓和雙曲線放在一起,研究一下他們中間的定值問題。

中心對稱,斜積定值A、B是關于圓的圓心對稱的兩個動點,P是圓上任意一動點,則動點P對A、B兩點的斜率之積為定值。并且是定值是-1

高中數學立體幾何硬解點法(不用仰望數學大神)3

A、B是關于橢圓的中心對稱的兩個動點,P是橢圓上任意一動點,則動點P對A、B兩點的斜率之積為定值。并且是定值是-b^2/a^2

高中數學立體幾何硬解點法(不用仰望數學大神)4

這裡給出橢圓結論的證明,不感興趣的同學可以跳過

高中數學立體幾何硬解點法(不用仰望數學大神)5

小妙招:(這裡可以把圓看成a=b的橢圓,所以隻要記住橢圓的結論,圓的結論就自然記住了)

A、B是關于雙曲線的中心對稱的兩個動點,P是雙曲線上任意一動點,則動點P對A、B兩點的斜率之積為定值。并且是定值是b^2/a^2

高中數學立體幾何硬解點法(不用仰望數學大神)6

小妙招:(這裡可以利用圖像看兩直線的斜率的正負,發現橢圓中兩條直線的斜率總是一個正一個負,而雙曲線中兩條直線的斜率總是同時正或同時負,故而它們的定值會差一個負号,記住橢圓的定值後,自然雙曲線的定值就呼之欲出了!)

有了這三個結論,就到我們大顯身手的時候了。

先看文章開頭的這道題:

高中數學立體幾何硬解點法(不用仰望數學大神)2

分析:這道題完美符合了這個定值結論,再套用離心率的公式,求出答案就是一瞬間的事兒。

高中數學立體幾何硬解點法(不用仰望數學大神)8

因為這兩個公式,不需要依靠a和c的關系,隻依靠a與b的關系就足夠求出離心率了。

練習

高中數學立體幾何硬解點法(不用仰望數學大神)9

分析:此題和上一題比較稍有變形,但是難度并不大,這道題隻需要把已知條件中的tan值換成斜率即可,注意:tan∠PF2F1的值雖然是2,但是它對應的直線的斜率應該是-2,否則計算時容易出錯!

高中數學立體幾何硬解點法(不用仰望數學大神)10

分析:此題要用到該結論的退化版,點A和點B已經是雙曲線的左右頂點,不再是動點,所以直線PA和PB的斜率之積依然是定值。那麼,這道題的取值範圍隻需要求出k3的範圍就可以。由圖像可知,當直線PO平行于x軸時斜率是0,當直線PO接近于雙曲線的漸近線時,斜率達到最大,此時斜率是b/a,并且兩個時刻都是不能取到相等的,所以答案都是開區間,代入計算即可得出正确選項.

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分析:此題利用橢圓中的定值結論,同時此題也是該結論的退化版,M和N分别是左右頂點,但是不影響定值,可以求出直線PM和直線PN的斜率之積,(用a和b表示)。對于|k1| |k2|最小值為1的問題,結合均值不等式可以解出a與b的關系,進而求出離心率。

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分析:此題兩條直線的斜率用m和n表示,通過結論能求出mn是定值,把題中的mn都用AB表示(需要用到對數的加法),然後令a/b=t,得到關于t的函數,在利用導數工具求出該函數取最小值時t的值,進而求出離心率。

高中數學立體幾何硬解點法(不用仰望數學大神)13

分析:根據本講的結論可知,直線QA1和直線QA2的斜率之積是定值,為-5/9。由于平行四邊形OPQR,所以直線OT和直線OS的斜率之積也是-5/9,可以依題意設其中一條直線(OS)的斜率是k1,通過直曲聯立解出S點坐标,再利用橢圓的對稱性,直線OT就無須再次進行聯立,隻需用k1去表示k2,把題點坐标中的k2,相應的全部替換成k1即可,再利用兩點間距離公式可以求出答案。

記住了以上三個結論,這三組數并不白記,在圓錐曲線關于弦的中點的問題中,這三個數值還會再次呈現,由此,我們進入下一組定值問題!

弦之中點,斜積定值圓的弦的斜率與其中點和圓心連線的斜率之積為定值,且定值為-1。

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橢圓的弦的斜率與其中點和橢圓中心連線的斜率之積為定值。并且是定值是-b^2/a^2

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雙曲線的弦的斜率與其中點和雙曲線中心連線的斜率之積為定值。并且是定值是b^2/a^2

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看!這三個結論和之前的三個結論在數量上一模一樣,所以記憶起來相對也方便。這裡對于證明不詳細贅述,提供兩個證明方法:

  1. 第一種根據點差法可以輕松證明;
  2. 第二種利用“中心對稱,斜積定值”,做三角形的中位線也可以證明,并且這種方法證明起來比較簡潔,可以更好地體現圓錐曲線的美感。

希望小夥伴們自己獨立完成其證明工作!

切線半徑,斜積定值

事實上,當圓錐曲線的弦長逐漸變小,最後退化為一個點的時候,此時的割線就退化成切線,那麼,關于切線的斜率自然也會有相應的定值結論,并且在數量上與之前完全一緻。

圓切線與切點半徑的斜率之積為定值,且定值為-1

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橢圓切線與切點和中心連線的斜率之積為定值。并且是定值是-b^2/a^2

高中數學立體幾何硬解點法(不用仰望數學大神)18

雙曲線切線與切點和中心連線的斜率之積為定值。并且是定值是b^2/a^2

高中數學立體幾何硬解點法(不用仰望數學大神)19

以上三個結論很好理解,無須證明!

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