向量在動態圓中的巧用,該點常見但你未必會用,驚向量還可這樣用

2021-02-08 玉w頭說教育

01原題再現

在平面直角坐標系xoy中,已知A,B為圓C:(x-m)^2+(y-2)^2=4上的兩個動點,且|AB|=2√3.

若直線L:y=-2x上存在唯一的一個動點P,使得向量OC=向量PA+向量PB,則實數m的取值範圍?

圖一

這道題含有的動點很多:一,給出的圓C的圓心是動的;二,給出圓C上的兩點A,B是動的;三,給出的直線y=-2x上的P點是動的。

除此之外,向量本身也是動的,而該向量是以已知的身份出現的,那這個已知又如何以動制動,將這些動點聯繫起來建立只關於m的等式呢?

那我們知道向量只要大小和方法確定了,而起點不確定,則該向量可以任意移動。

向量的好處,就在於向量能動,起點可以不固定,這樣我們就可以將毫不相干的直線擁有相同的起點或者終點,建立它們彼此之間的聯繫。

所以這裡解題的關鍵就可以將向量OC的起點轉化到P點上來,根據等式向量OC=向量PA+向量PB找出直線PA、PB和OC之間的關係,從而建立關係式,得出結果。

下面我們就一起來看看吧。

02該題的解析和具體步驟

第一步,根據題意畫出圖形。

因為圓C:(x-m)^2+(y-2)^2=4,則圓C的圓心為(m,2),半徑為2,即圓C的圓心在直線y=2的直線上;

通過描點法得出直線y=-2x,在該直線任取一點得到P點;

在圓C上任取兩點A,B,且滿足|AB|=2√3,得出A,B兩點;

連接OC,PA,PB則有圖形二為

圖二

第二步,根據已知|AB|=2√3得出新的動態圓。

取弦AB的中點Q,連接CQ,則CQ⊥AB,AQ=BQ——圓心到弦的距離所在的直線垂直平分弦。

連接CA,且圓C的半徑為1,則CA=2.

在三角形CAQ中,根據勾股定理,則CQ=√3.

因為Q點也是動點,即隨著AB改變而改變,而CQ不變,則此時可以將CQ看成是動點Q到定點的C(相對靜止)的距離為1,所以Q點是在以C點為圓心,以1為半徑的圓上,即(x-m)^2+(y-2)^2=1上。

圖三

則出現了新的動態圓——(x-m)^2+(y-2)^2=1,即Q的運動軌跡。

這是一個巧妙的轉化,將動直線AB轉化成動點Q的軌跡。

第三步,根據向量關係得出建立等量關係。

因為Q是AB的中點,在三角形PAB中,根據向量加法的平行四邊形法則,則有

向量PA+向量PB=2·向量PQ。

而已知中又給出向量OC=向量PA+向量PB這樣的條件,則有

向量OC=2·向量PQ。

[解析]

圖四

當將向量OC的起點O移到P點時,向量OC恰好是向量PA和向量PB的所構成的平行四邊形的對角線。

通過該向量OC起點的移動,巧妙的將向量與向量PQ結合起來,建立了等量關係。

即上述的問題就轉化為當向量OC恰好成為向量PA和向量PB所構成的平行四邊形的對角線時,求此時m的值。

也就是說,給出向量OC=向量PA+向量PB這個條件,就是在告訴圖四中存在的關係,只是向量OC的起點不固定,將其直接放入圖二當中很難看出,也就加大了我們做題的難度,但是通過將向量OC的平移和向量加法的知識點的運用,該題就一目了然!

第四步,建立關於m的等量關係,求出m的值。

因為P點在y=-2x上的點,則設P坐標為(t,-2t);

因為Q點在新動態圓(x-m)^2+(y-2)^2=1上,則設Q的坐標為(x,y)。

因為C點坐標為(m,2),則向量OC=(m,2)。

向量PQ=(x,y)-(t,-2t)=(x-t,y+2t)。

由第三步可知,向量OC=2·向量PQ,則有

m=2(x-t)和2=2(y+2t)。

解得到x=m/2+t,y=1-2t。

將Q點代入新動態圓(x-m)^2+(y-2)^2=1中,則有

(m/2+t-m)^2+(1-2t-2)^2=1,整理得到

方程5t^2+(4-m)t+m^2/4=0.

因為P點是直線y=-2x上唯一的動點,所以t只有一個值。

所以有判別式△=0,即(4-m)^2-4×5×m^2/4=0——得到了只關於m的等式。

解得到m=-1+√5或m=-1-√5.

03總結

求解完後,我們知道該題實際就是問當滿足向量OC=向量PA+向量PB關係式的臨界點時,求m的值。

所以在不知道這些的情況下,從畫出的圖形上我們很難看出結果,只能依題意畫圖,根據向量知識點就挖掘和發現該已知中存在的秘密。

如果一開始就將O點與P點重合,該題也會降低難度,這裡也考察了向量可以移動的性質,以動制動,從而得出向量之間的關係式,構建等式得出結論。

但是這還需要注意的是,將Q點代入新動態圓時,得出的是含有兩個字母的方程,需要對P點是直線y=-2x唯一的點的理解,巧妙的將t去掉,得出了只含有m的方程。

這裡該存在一個巧妙的關係,就是將動直線AB轉化成中點Q的軌跡——這種轉化也是在做題中要注意的。

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