刊名: 课程·教材·教法
Curriculum, Teaching Material and Method
主办: 人民教育出版社 课程教材研究所
周期: 月刊
出版地:北京
语种: 中文
开本: 大16K
ISSN: 1000-0186
CN: 11-1278/G4
历史沿革:
1981年创刊期刊荣誉:
国家新闻出版总署收录 ASPT来源刊
中国期刊网来源刊
2011年度核心期刊,国家新闻出版总署收录 ASPT来源刊,中国期刊网来源刊,百种重点期刊,社科双百期刊,首届全国优秀社科期刊。
参数法巧解直线与圆锥曲线问题
【作者】 张明方
【机构】 湖北省十堰市第一中学
【正文】 【摘 要】 解析几何在高考中占有重要地位,如何利用参数法解决解析几何中的相关问题是非常重要的。参数法是指在解题过程中,通过适当引入一些与题目研究的数学对象发生联系的新变量(参数),以此作为媒介,再进行分析和综合,从而解决问题。直线与二次曲线的参数方程都是用参数法解题的例证。换元法也是引入参数的典型例子。 参数法解题的关键是恰到好处地引进参数,沟通已知和未知之间的内在联系,利用参数提供的信息,顺利地解答问题。
【关键词】 参数法;求解;解析几何;问题
直线与圆锥曲线问题是高中数学的难点,也是高考中的热点问题,同时它广泛地存在于科学研究、工程技术中。下面我们运用参数法来解决直线与圆锥曲线的一些常见问题,参数观点是运动、变化思想在数学中的重要体现。参数是解析几何中最活跃的元素,也是解题的一 种主要方法。解析几何中的许多解题技巧都来源于参数观点。参数法解题的步骤是:
(1)设参,即选择适当的参数 (参数的个数可取一个或多个 ) ;
(2)用参,即建立参数方程或含参数的方程;
(3)消参,即通过运算消去参数,使问题得到解决。
本文试图就几类较为常见问题的探究,给读者一些有益的启示。
1.弦长问题
例1过点P(-3,0)且倾斜角为300的直线与双曲线x2-y2=4相交于A、B两点,求弦AB的长。
解(一)求出直线方程,并与双曲线方程联立,求出交点坐标,再由坐标求出线段长。该法思路较清晰,但在计算交点的时,计算量往往较大。
解(二)求出直线方程,并与双曲线方程联立消元,设两点坐标为(x1,y1),(x2,y2) 再利用韦达定理求出线段长。该法解题中较常用,但要注意变形过程。
下面我们用参数法来解:
解(三)直线的参数方程为x=-3+■sy=■s(s为参数),将直线的参数方程代入双曲线方程x2-y2=4,得s2-6■s+10=0.设A、B对应的参数分别为s1,s2,
∴s1+s2=6■,s1s2=10,AB=|s1-s2|=■=2■
∴线段AB的长为2■.
2.中点弦问题
例2已知直线l过点P(-■,■)交椭圆■+y2=1于A、B两点, 且点P平分弦AB,求直线l的方程。
解(一) 可设交点坐标分别为(x1,y1),(x2,y2)x1≠x2分别代入椭圆方程,并联立作差,利用中点坐标P(-■,■),可以求出直线斜率,进而求出直线方程,并检验所求的直线与椭圆是否有两个交点,但该法还不应忽视特殊情况x1=x2时.
下面我们用参数法来解:
解(二) 设直线的倾斜角为θ(0≤θ≤π),则直线的参数方程为
x=-■+scosθy=■scosθ
(s为参数),将直线的参数方程代入椭圆方程■+y2=1,
得(■cos2θ+sin2θ)s2+(-■cosθ+sinθ),设A、B对应的参数分别为s1,s2,∵点P为AB中点,∴s1+s2=0,则有-■=0
∴-■cosθ+sinθ=0即kAB=tanθ=■,所以直线的方程为y=■x+2.
3.直线与圆的位置关系问题
例3过圆外一点P(-1,1)作直线l
(1) 若l与圆C:(x-1)2+(y+2)2=4相切,求直线的方程。
(2)若l与圆C:(x-1)2+(y+2)2=4相交,求直线的斜率的范围。
(1)解(一)讨论直线斜率不存在时,是否符合,进而讨论斜率存在,设出直线方程,根据圆心到直线距离等于半径,求出斜率. 该法在解题中较常用,但要容易忽视直线斜率不存在的情形。
解(二) 设出直线方程,再与圆的方程联立利用△=0求出斜率。 但仍不能忽视直线斜率不存在的情形。
下面我们用参数法来解:
解(三) 设过点P(-1,1)的直线l的参数方程方程为x=-1+scosθy=1+ssinθ(s为参数),其中θ为倾斜角 (0≤θ≤π ) 。将直线的参数方程代入圆方程,得s2=(6sinθ-4cosθ)s+9=0
∵直线l与圆仅有一个交点 ∴上述方程有且仅有一解,所以△=0
∴5cos2θ+12sinθ·cosθ=0得cosθ=0或tanθ=-■
当cosθ=0时,直线l斜率不存在,所以直线的方程为x=-1,
当tanθ=-■时,直线l斜率为-■,所以直线的方程为y=-■x+■.
(2)解(一) 设出直线方程,再与圆的方程联立利用△>0求出斜率的范围。但不能忽视直线斜率不存在的情形。
下面我们用参数法来解:
解(二) 将直线的参数方程代入圆方程,得s2+(6sinθ-4cosθ)s+9=0
∵直线l与圆相交
上述方程有两解,所以△>0,
即5cos2θ+12sinθ·cosθ>0
当cosθ=0时,上述不等式不成立;
当cosθ≠0时,5cos2θ+12sinθ<0可化为
5+12tanθ<0 ∴tanθ<-■
所以直线的斜率的范围是(-∞,-■).
直线与圆锥曲线的位置关系,也可以通过将直线参数化后与圆锥曲线方程联立,通过转化为一元二次方程的来解决,能起到化繁为简。上述几类问题的求解,都是将直线方程设为标准的参数式,即:x=x0+scosθy=y0+ssinθ(其中s为参数,θ为倾斜角),然后求解。
参数法是一种重要的数学方法,参数法的思想几乎渗透到了数学的每个角落。在中学数学教学中,应将这种思想方法摆在相当重要的地位。然而,对中学生来说,参数法又是一种较难掌握的方法,不经过长期的训练,就难于确立参数的思想。
【关键词】 参数法;求解;解析几何;问题
直线与圆锥曲线问题是高中数学的难点,也是高考中的热点问题,同时它广泛地存在于科学研究、工程技术中。下面我们运用参数法来解决直线与圆锥曲线的一些常见问题,参数观点是运动、变化思想在数学中的重要体现。参数是解析几何中最活跃的元素,也是解题的一 种主要方法。解析几何中的许多解题技巧都来源于参数观点。参数法解题的步骤是:
(1)设参,即选择适当的参数 (参数的个数可取一个或多个 ) ;
(2)用参,即建立参数方程或含参数的方程;
(3)消参,即通过运算消去参数,使问题得到解决。
本文试图就几类较为常见问题的探究,给读者一些有益的启示。
1.弦长问题
例1过点P(-3,0)且倾斜角为300的直线与双曲线x2-y2=4相交于A、B两点,求弦AB的长。
解(一)求出直线方程,并与双曲线方程联立,求出交点坐标,再由坐标求出线段长。该法思路较清晰,但在计算交点的时,计算量往往较大。
解(二)求出直线方程,并与双曲线方程联立消元,设两点坐标为(x1,y1),(x2,y2) 再利用韦达定理求出线段长。该法解题中较常用,但要注意变形过程。
下面我们用参数法来解:
解(三)直线的参数方程为x=-3+■sy=■s(s为参数),将直线的参数方程代入双曲线方程x2-y2=4,得s2-6■s+10=0.设A、B对应的参数分别为s1,s2,
∴s1+s2=6■,s1s2=10,AB=|s1-s2|=■=2■
∴线段AB的长为2■.
2.中点弦问题
例2已知直线l过点P(-■,■)交椭圆■+y2=1于A、B两点, 且点P平分弦AB,求直线l的方程。
解(一) 可设交点坐标分别为(x1,y1),(x2,y2)x1≠x2分别代入椭圆方程,并联立作差,利用中点坐标P(-■,■),可以求出直线斜率,进而求出直线方程,并检验所求的直线与椭圆是否有两个交点,但该法还不应忽视特殊情况x1=x2时.
下面我们用参数法来解:
解(二) 设直线的倾斜角为θ(0≤θ≤π),则直线的参数方程为
x=-■+scosθy=■scosθ
(s为参数),将直线的参数方程代入椭圆方程■+y2=1,
得(■cos2θ+sin2θ)s2+(-■cosθ+sinθ),设A、B对应的参数分别为s1,s2,∵点P为AB中点,∴s1+s2=0,则有-■=0
∴-■cosθ+sinθ=0即kAB=tanθ=■,所以直线的方程为y=■x+2.
3.直线与圆的位置关系问题
例3过圆外一点P(-1,1)作直线l
(1) 若l与圆C:(x-1)2+(y+2)2=4相切,求直线的方程。
(2)若l与圆C:(x-1)2+(y+2)2=4相交,求直线的斜率的范围。
(1)解(一)讨论直线斜率不存在时,是否符合,进而讨论斜率存在,设出直线方程,根据圆心到直线距离等于半径,求出斜率. 该法在解题中较常用,但要容易忽视直线斜率不存在的情形。
解(二) 设出直线方程,再与圆的方程联立利用△=0求出斜率。 但仍不能忽视直线斜率不存在的情形。
下面我们用参数法来解:
解(三) 设过点P(-1,1)的直线l的参数方程方程为x=-1+scosθy=1+ssinθ(s为参数),其中θ为倾斜角 (0≤θ≤π ) 。将直线的参数方程代入圆方程,得s2=(6sinθ-4cosθ)s+9=0
∵直线l与圆仅有一个交点 ∴上述方程有且仅有一解,所以△=0
∴5cos2θ+12sinθ·cosθ=0得cosθ=0或tanθ=-■
当cosθ=0时,直线l斜率不存在,所以直线的方程为x=-1,
当tanθ=-■时,直线l斜率为-■,所以直线的方程为y=-■x+■.
(2)解(一) 设出直线方程,再与圆的方程联立利用△>0求出斜率的范围。但不能忽视直线斜率不存在的情形。
下面我们用参数法来解:
解(二) 将直线的参数方程代入圆方程,得s2+(6sinθ-4cosθ)s+9=0
∵直线l与圆相交
上述方程有两解,所以△>0,
即5cos2θ+12sinθ·cosθ>0
当cosθ=0时,上述不等式不成立;
当cosθ≠0时,5cos2θ+12sinθ<0可化为
5+12tanθ<0 ∴tanθ<-■
所以直线的斜率的范围是(-∞,-■).
直线与圆锥曲线的位置关系,也可以通过将直线参数化后与圆锥曲线方程联立,通过转化为一元二次方程的来解决,能起到化繁为简。上述几类问题的求解,都是将直线方程设为标准的参数式,即:x=x0+scosθy=y0+ssinθ(其中s为参数,θ为倾斜角),然后求解。
参数法是一种重要的数学方法,参数法的思想几乎渗透到了数学的每个角落。在中学数学教学中,应将这种思想方法摆在相当重要的地位。然而,对中学生来说,参数法又是一种较难掌握的方法,不经过长期的训练,就难于确立参数的思想。


