點差法在圓錐曲線大題中的兩類應用

2020-12-14 曹老師的高中數學課

在圓錐曲線中點弦問題中我們講到過點差法,當時除了給出常規的點差法之外還給出了用導數求中點弦斜率的做法,在此不再回顧。

點差法的應用一般伴隨著中點以及斜率的出現,這是兩個使用點差法比較明顯的信號,但是也有一些題目雖然條件比較隱晦,雖然沒有明顯涉及中點和斜率問題,實際上也是可以利用點差法求中點或者斜率問題,除此之外,點差法並非只能應用於此,例如在定比分點問題中如果弦長的兩端點橫縱坐標滿足相等的倍數關係,此時也可以利用點差法做一次整體的帶入,這種題目經常應用在於圓錐曲線與向量結合求參數範圍的題目中,今天以兩個題目舉例說明點差法的兩種不同的用法。

用法一:兩點關於直線的對稱問題

由於直線和橢圓以及直線與圓錐曲線交點位置不同,在處理橢圓和雙曲線對稱性問題中的做法有差別。

題目中A,B是橢圓上的點,且關於直線對稱,所以直線與AB所在的直線的交點即為A,B的中點,另外兩條直線也互相垂直,所以題目中包含了中點和斜率,如果我們可以用m把兩條直線交點的坐標表示出來,利用點在橢圓內,即可得到一個關於m的不等式,進而求出m的取值範圍,另外A,B是橢圓上的點,所以中點一定在橢圓內部(不重合的條件下),這一點和雙曲線不同,雙曲線還要考慮內分弦和外分弦的區別。

注意上面紅色框住的部分應該用常規的兩個式子相減才能得到,否則會扣相應的步驟分,這裡我直接用結論寫出了,需要注意。

而在雙曲線中,由於要區分直線與雙曲線是內分弦還是外分弦,所以當直線斜率不確定的前提下處理時需要同時考慮兩種情況

當直線與雙曲線的交點為內分弦時,即直線與雙曲線的一支有兩個交點,如下圖:

若直線與雙曲線右支交於A,B兩點,A,B的中點為P,設P(x0,y0),則滿足:

當直線與雙曲線的交點為外分弦時,即直線與雙曲線左右兩支各有一個交點時,如下圖:

若直線與雙曲線右支交於A,B兩點,A,B的中點為P,設P(x0,y0),則滿足:

【注意:為什麼不是第一種情況表示區域的補集?如果包括雙曲線和漸近線中間的部分,則雙曲線和直線就不可能在左右兩支上各有一個交點了,證明過程可利用點差法證明,在此不給出證明過程。】

【注意此時的k不能為0,否則就不存在關於直線對稱且在雙曲線上的兩點】

用法二:定比分點向量係數的取值範圍

圓錐曲線與向量結合的題目是高考中較為常見的一類,最長考查的是向量係數取值範圍或定值問題,關於定比分點問題的解題思路不止以下一種,其餘與之相關的題型將在以後陸續給出,在圓錐曲線與向量結合的題目中,如果涉及共線向量的比值問題,則對應點的坐標也成比例,此時若將圓錐曲線上的兩點分別帶入原方程,兩式相減即可得到對應坐標的關係,此時考慮整體代入,例:

【注意為了整體代入,需要對點帶入圓錐曲線中的某個式子進行合理的變形,然後消去一個變量x或y,然後將題目轉化為所求參數和另外一個變量的等量關係,最後根據在圓錐曲線中變量有範圍,求出所需參數的取值範圍,因此題目的關鍵在於消去一個未知量x或y,因此題目中給出的點可以在x軸上也可以在y軸上,如果是一個普通點。例如(1,1),此時就無法直接消去一個變量,而利用圓錐曲線方程轉化另外一個變量的過程較為複雜,因此若已知點不在坐標軸上,就不推薦這個方法了】

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