王江河
摘 要:圓錐曲線是高中數學的重點和難點,也是高考數學考查的熱點,圓錐曲線問題涉及知識點多,解題方法靈活多變,題型豐富,用幾何畫板探究題型變化,便于直觀研究點、直線、曲線之間的各種關系,完美的做到動靜結合、數形結合,有助于師生優化解題策略、提高數學思維品質。
關鍵詞:幾何畫板;圓錐曲線;數形結合思想;特殊與一般思想
筆者在探究本試題時,把此題做一般化考慮(文中變式3),用幾何畫板探究,發現橢圓中有定直線與定點對應,進一步引發更多地思考,橢圓思考完,想到圓是否有此性質?筆者通過設置條件和調整點或直線位置,發現類似性質.最后想:圓錐曲線中心對稱圖形中的雙曲線也是否有類似性質,結論是肯定的.但回過頭思考,應該圓的性質在前,類比到橢圓,再到雙曲線更自然,故本文把圓的探究題置于前面.
題1.已知圓O的直徑AB,圓上不同于A、B的兩點C、D,如果直線AC與BD相交于點M,直線AD與BC相交于點N,則直線MN與直線AB垂直.
探究:分兩種情況:(1)當C、D兩點在直線AB同側,直線MN與圓相交.(2)當C、D兩點在直線AB兩側,直線MN與圓相離(圖略).
變式1.已知圓O直徑AB,直線l與線段AB垂直于點G,點M是直線l上任一點(不同于點G,不同于直線l與圓O的交點),直線MA與圓O交于點C,直線MB與圓O交于點D.
(1)若直線CB與直線AD相交于點N,則點N一定在直線l上.
(2)當點M在直線l上運動時,直線CD過定點(即動直線CD與定直線AB的交點)(圖1).
變式2.已知圓O的直徑AB,直線l與線段AB(或BA)延長線垂直于點G,點M是直線l上任意一點(不同于點G),直線MA與圓O交于點C,直線MB與圓O交于點D
(1)若直線CB與AD相交于點N,則點N在直線l上(圖2).
(2)當點M在直線l上運動時,直線CD過定點(即動直線CD于定直線AB交點)(圖3).
反思:題1與變式1、變式2不知道哪個是正向思考,哪個是逆向思考,由于定點與定直線相互牽制,線對應點,點對應線,密不可分,故只需變化條件,這3題無所謂哪個先哪個后.
題2.已知橢圓C1的長軸兩端點A和B,橢圓上不同于A、B的兩點C、D,如果直線AC與BD相交于點M,直線AD與BC相交于點N,則直線MN與直線AB垂直.
探究:分兩種情況.
(1)當點C、D在直線AB同側時,直線MN與橢圓相交(圖4).
(2)當點C、D在直線AB兩側時,直線MN與橢圓相離(圖5).
變式3.已知橢圓C1的長軸兩端點A和B,直線l與線段AB垂直于點G,點M是直線l上任意一點(不同于點G,不同于直線l與橢圓C1的交點),直線MA與橢圓C1交于點C,直線MB與橢圓C1交于點D.
(1)若直線CB與直線AD相交于點N,則點N在直線l上(圖6).
(2)當點M在直線l上運動時,直線CD過定點(即動直線CD與定直線AB的交點)(圖7).
反思:變式3能否逆向思考,由定點S得到定直線呢?
變式4.已知橢圓C1的長軸兩端點A和B,直線AB上有定點S,過點S的直線與橢圓交于點C、D兩點,若直線AC與直線BD交于點M,直線AD與直線BC交于點N.則直線MN與直線AB垂直(圖8,圖9).
反思:長軸有此性質,短軸有嗎?幾何畫板強大的作用讓我們得到了肯定的結論.
變式5.已知橢圓C1的短軸兩端點B1和B2,C、D兩點是橢圓C不同于B1、B2兩點,直線B1C與直線B2D相交于點M,直線B1D與直線B2C相交于點N,則直線MN與直線B1B2垂直.(圖10,圖11).
變式6.已知橢圓C1的短軸兩端點B1和B2,直線B1B2有定點S,過點S的直線與橢圓C1交于點C、D兩點,若直線B1C與直線B2D交于點M,直線B1D與直線B2C交于點N.則直線MN與直線B1B2垂直(圖10,圖11).
反思:雙曲線有此性質嗎?幾何畫板畫圖探究再開始.
變式7.已知雙曲線C2的實軸兩端點A1和A2,直線A1A2有定點S,過點S的直線與雙曲線C2交于點C、D兩點,若直線A1C與直線A2D交于點M,直線A1D與直線A2C交于點N.則直線MN與直線A1A2垂直(圖12,圖13).
變式8.已知雙曲線C2的實軸兩端點A1和A2,C、D兩點是雙曲線C2上不同于A1、A2的兩點,若直線A1C與直線A2D相交于點M,直線A1D與直線A2C相交于點N.則直線MN與直線A1A2垂直(圖12,圖13).
變式9.已知雙曲線C2的實軸兩端點A1和A2,直線l與直線A1A2垂直于點G(不同于A1和A2),點M是直線l上任意一點(不同于G,不同于直線l與雙曲線C2的交點),直線MA1與雙曲線C2交于點C,直線MA2與雙曲線C2交于點D.
(1)若直線A1D與直線A2C相交于點N,則點N一定在直線l上.
(2)當點M在直線l上運動時,直線CD過定點(即動直線CD與直線A1A2的交點)(圖12,圖13).
如果頂點為雙曲線兩個虛頂點呢?思考可以繼續,探究還可進行.
本文筆者只是從幾何畫板角度下探究了高考試題,引發了一系列思考,由于篇幅,本文略去證明過程,不當之處望各位同仁指正。筆者在探究中真正的領悟了數學中的各種美:動與靜的結合美、數形結合的圖形美、類比推理的思維美等,我們的一線教師可以把這種思考和訓練形式用到課堂,真正讓學生喜歡上數學,這也是我們數學教育工作者的任務和責任.
參考文獻
[1]田保.圓錐曲線兩垂直相交弦中點連線的性質——一道高考模擬題的思考和探究.中學教學參考,2019(29):6-7.