方曉玲
摘 要:圓錐曲線題目涉及知識面廣、綜合性強,在教學中發現學生在解決此類問題時常因疏忽出錯.本文列舉一些常見的錯誤解法并進行錯因剖析,希望能給同學們一些幫助.
關鍵詞:圓錐曲線;歸類剖析; 正解點睛
圓錐曲線是解析幾何的核心內容,也是高考重點考查內容.在每年的高考中都占有較大的比例,其中有諸多盲點或者可設陷阱的知識點.本文將一些常見的錯誤進行簡要歸因分類,期望能增強同學們防錯的“免疫力”.
1 套用定義,產生錯解
在歷年高考試題中,圓錐曲線的概念是一個必考點,如圓錐曲線的定義、焦點坐標等,這些是要牢記的知識點,不能混淆.
例1 已知雙曲線x2 16-y2 9=1上的點P到點(5,0)的距離為8.5,則點P到點(-5,0)的距離是.
錯解 設雙曲線的兩個焦點分別為F1(-5,0),F2(5,0),由雙曲線的定義,知||PF1|-|PF2||=8.
所以|PF1|=16.5或|PF1|=0.5.
故點P到點(-5,0)的距離為16.5或0.5.
剖析 由題意,雙曲線左支上的點到左焦點的最短距離為1,所以|PF1|=0.5不合題意.事實上,在求解此類問題時,應靈活運用雙曲線的定義,分析出點P的存在情況,然后再求解.本題中,因左支上的點到右焦點的最短距離為9>8.5,故點P只能在右支上.所以|PF1|=16.5 .
2 忽視范圍,造成誤解
在解關于圓錐曲線的綜合題時,要考慮圓錐曲線本身的范圍,而在進行純代數運算時常常會忽略它.
例2 已知實數x,y滿足x2 4+y2=1,試求z=(x-1)2+y2的最值.
錯解 由x2 4+y2=1,得y2=1-x2 4.
則有z=(x-1)2+y2=3 4(x-4 3)2+2 3≥2 3.
所以z的最小值為2 3,不存在最大值.
剖析 圓錐曲線中的橫縱坐標存在其本身固有的范圍,求有關最值時若忽視了這一點,就會出現上述解法中的錯誤.事實上,本題中還應考慮到-2≤x≤2,于是可得z的最大值與最小值分別為9與2 3.
3 盲目互換,形成疵解
在求圓錐曲線方程時,要注意焦點在x軸還是y軸上.
例3 若雙曲線的漸近線方程為y=±1 2x,焦距為10,則此雙曲線的方程為.
錯解 若雙曲線的焦點在x軸上,可設其標準方程為x2 a2-y2 b2=1,由a2+b2=(10 2)2及b a=1 2可解得a2=20,b2=5.
所以此時雙曲線方程為x2 20-y2 5=1.
若雙曲線的交點在y軸上,由a2+b2=(10 2)2及a b=1 2可解得a2=5,b2=20.
所以雙曲線的方程為x2 5-y2 20=1.
故所求雙曲線方程為x2 20-y2 5=1或x2 5-y2 20=1.
剖析 若雙曲線的焦點在y軸上,則其漸近線方程變為y=±a bx(不是y=±b ax),故應為a b=1 2,此時雙曲線標準方程為y2 a2-x2 b2=1,結合a2+b2=(10 2)2可解得a2=5,b2=20,從而雙曲線方程為y2 5-x2 20=1,故正確答案應為x2 20-y2 5=1或y2 5-x2 20=1.
其實這兩解互為共軛雙曲線方程.產生錯解的原因就是不針對具體情況進行認真考慮,而只是盲目地簡單互換.
4 考慮不周,導致漏解
在將方程變形時應注意范圍的變化,這樣才不會出錯.
例4 設橢圓的中心是坐標原點,長軸在x軸上,離心率e=3 2,已知點P(0,3 2)到這個橢圓的最遠距離是7,求這個橢圓的方程.
錯解 依題意設橢圓方程為 x2 a2+y2 b2=1(a>b>0).
因為e2=c2 a2=a2-b2 a2=1-b2 a2=3 4,
所以b2 a2=1 4,即a=2b.
設橢圓上的點(x,y)到點P的距離為d,則
d2=x2+(y-3 2)2
=a2(1-y2 b2)+y2-3y+9 4
=-3(y+1 2)2+4b2+3.
當y=-1 2時,d2有最大值,從而d也有最大值.
所以4b2+3=(7)2.
解得a2=4,b2=1.
于是,所求橢圓的方程為x2 4+y2=1.
剖析 盡管上面的解法的最后結果是正確的,但這種解法卻是錯誤的,結果正確只是碰巧而已,當y=-1 2時,d2有最大值,這步推理是錯誤的,沒有考慮y的取值范圍.事實上,由于點(x,y)在橢圓上,所以-b≤y≤b,因此,在求d2的最大值時,應分類討論如下:
若-1 2<-b<0,即0
若-b≤-1 2,即b≥1 2時,當y=-1 2時,d2取最大值, 所以由4b2+3=7得b2=1,a2=4.
于是,所求橢圓的方程為x2 4+y2=1.
綜上兩種情況,所求橢圓的方程為 x2 4+y2=1.
5 忽視隱含,引起增解
在解關于圓錐曲線的綜合題或運用圓錐曲線性質時,要注意一些隱藏條件,避免出現增解.
例5 (人教A版(選修2-1)第62頁B組第4題)已知雙曲線x2-y2 2=1,過點A(1,1)能否作直線l,使l與雙曲線交于P,Q兩點,且點A是線段PQ的中點?若存在,求出直線l的方程;若不存在,說明理由.
錯解1 假設存在直線l,設其方程為y-1=k(x-1).
由y-1=k(x-1),x2-y2 2=1整理,得
(2-k2)x2+2k(k-1)x-k2+2k-3=0.
設P(x1,y1),Q(x2,y2),則由x1+x2=2k(k-1) k2-2得k(k-1) k2-2=1,可得k=2.
故直線l存在,其方程為y-1=2(x-1),即2x-y-1=0.
錯解2 假設滿足題設的直線l存在,并設P(x1,y1),Q(x2,y2).
所以x21-y21 2=1,x22-y22 2=1.
兩式相減,得
(x1+x2)(x1-x2)-(y1+y2)(y1-y2) 2=0.
因為x1+x2 2=1,y1+y2 2=1,
所以kl=y1-y2 x1-x2=2(x1+x2) y1+y2=2.
于是直線l存在,其方程為y-1=2(x-1),即2x-y-1=0.
剖析 以上兩種解法出錯的原因都在于忽視了隱含條件“直線l與雙曲線有兩個交點”,故應該還有限制條件:△=4k2(k-1)2-4(2-k2)(-k2+2k-3)>0,
解得k<3 2,顯然符合題設的直線l不存在.
追本溯源 關于中點問題一般可以采用兩種方法解決:(1)聯立方程組,消元,利用根與系數的關系設而不解,從而簡化運算解題;(2)利用“點差法”求出與中點、斜率有關的式子,進而求解.不管應用何種方法都必須注意判別式△的限制.因為對于圓、橢圓這種封閉的曲線,以其內部一點為中點的弦是存在的,而對于雙曲線,這樣的弦就不一定存在,故求出直線的斜率k值后需用判別式判定此時直線是否與雙曲線有交點.
(收稿日期:2020-02-02)