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从“用直线的参数方程处理解析几何线段长度问题”说开去(含调和分割、极点极线等问题)

 博雅居308 2020-03-31
你的答案 阿冗 - 你的答案

(一)

下面是两道解析几何题目,它们都和线段的长度有关,其中第一道看起来较为简单:

命题人提供的解答是:

      这个解答显得十分的自然,因为按照题目条件,先得到点A的坐标A(-3,0),利用面积相等,得到点P是线段AQ的中点,于是,只要设出点P的坐标P(x,y),利用中点性质就可以表示出点Q的坐标Q(2x+3,2y),于是利用 点P(x,y)和 点Q(2x+3,2y)均在圆C:x^2+y^2=4上,联立便可解得点P的坐标,再代入直线l的方程就可得m的值。

      但是,还有没有其它的方法呢?回答是肯定的!下面给出两种另解:

另解一(直线的参数方程):

    点评:直线的参数方程,学生们大多在做第22题【选修 4?4:坐标系与参数方程】的时候才想得起来用,其实在解析几何的领域里大有它的用武之地!

另解二(圆的割线定理):

       点评1:圆的题目通常可以考虑用初中的平面几何方法来解决它!本题就是用了圆的割线定理和垂径定理,这样就简洁的解决了本题!

       点评2:其实,从上述使用直线的参数方程的韦达定理中,也可以看出圆的割线定理的在解析几何的表达;反过来,使用直线的参数方程可以证明圆的割线定理! 从这两种另解中,你看出了它们的联系了吗?

类题演练(感觉文首题目1就是下述常见题目的改编):


   点评:这种关于中点问题的题目,可以考虑表示点后,代入曲线方程,这种“表示点代入”方法在解析几何中较为常见,请读者仔细体会,例如:

(二)

      如果说题目1是和圆结合,显得较为简单的话,那么看一看下这道和抛物线结合的题目:

下面是命题人提供的参考答案:

、  点评:如果熟悉调和点列的性质与极点和极线理论的同学,那么这道题是较简单的,易得点M的轨迹是点P的极线(其方程为x=1)在抛物线内的部分,但不包括与x轴的交点,以及不包括与抛物线的上下两个交点。

      但是,将这道填空题改为解答题的话,上面的参考答案不失为一种好的方法。上面的参考答案的方法,是将与长度有关的的乘积式变为比例式(可用定比分点公式),然后将比例式转化为与点A、M、B的纵坐标有关的式子(方法是可将题目的每条线段都投影到x轴上,或者用向量坐标亦可得到),从而解得点M的纵坐标(这个点M的纵坐标y与y1和y2成调和分割的形式,即y1、y、y2的倒数成等差数列,实际上这是调和点列的两大等价形式之一,由此看来了解一些平面几何知识是相当的重要呀!平面几何知识的和解析几何运算出的结果完美匹配!)

     如果改用直线的参数方程亦可得到如下完美结果,请看解析:

值得说的是,题目的条件等价于下面的t1、t0、t2的倒数成等差数列:

类题演练

    点评:根据极点极线的理论可得点Q的轨迹方程为2x+y-2=0(在椭圆内的一部分)

(三)

下面是一道抛物线试题:

命题人提供的解答是:

      点评:上面的倒数和等于2,即为(QO/QM)+(QO/QN)=2,亦即(1/QM)+(1/QN)=2/QO,这不是可以看成调和分割么?

下面是昵称为“黄药师”的网友的看法也印证了我的猜想:

        “这道题直接给出点P、Q的坐标,相当于隐藏了QP是抛物线切线这个信息”,

       “设OP交AB于T,QO,QP都是抛物线的切线,所以AB被T,Q调和分割。PA,PB;PT,PQ是调和线束,它们与x轴的交点M,N;O,Q是调和点列,1/QM+1/QN=2/QO.”

PS:这道题的图还真难画,这么多线段扎堆在点Q处!

(四)

      无独有偶,11年安徽又出了一道抛物线试题:

题目和解答见:https://wenku.baidu.com/view/7005ade10066f5335b8121ae.html

     注:昵称为“黄药师”的网友的作图和点评如下:

       “AB直线上任选一点Q作平行于对称轴的平行线交抛物线于M,交A处切线于P1,则Q分割BA的比等于M分割QP1的比。
将A,B互换,那么切线就会换成B处切线,同理有,Q分割AB的比等于M分割QP2的比”,


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