高中数学立体几何硬解点法(不用仰望数学大神)

高中数学立体几何硬解点法(不用仰望数学大神)(1)

上周日,一位高三的同学过来问我,老师:这道题出的也太吓人了,一共三个点,还全是动点,然后给出的斜率和离心率能有什么关系?简直是毁三观啊!我看完题后,问他:“答案是不是D?”“老师,你必须是做过啊!记答案也是蛮厉害的!”我回答:“当然不是记答案,这个题心算完全可以!”

高中数学立体几何硬解点法(不用仰望数学大神)(2)

圆锥曲线的问题中隐含着很多定值,记住这些定值的相关结论,很多问题都可以直接秒杀。由于圆锥曲线的形成是在两个倒圆锥上做截面而形成的曲线,所以圆也是圆锥曲线的一份子,今天我们把圆,椭圆和双曲线放在一起,研究一下他们中间的定值问题。

中心对称,斜积定值A、B是关于圆的圆心对称的两个动点,P是圆上任意一动点,则动点P对A、B两点的斜率之积为定值。并且是定值是-1

高中数学立体几何硬解点法(不用仰望数学大神)(3)

A、B是关于椭圆的中心对称的两个动点,P是椭圆上任意一动点,则动点P对A、B两点的斜率之积为定值。并且是定值是-b^2/a^2

高中数学立体几何硬解点法(不用仰望数学大神)(4)

这里给出椭圆结论的证明,不感兴趣的同学可以跳过

高中数学立体几何硬解点法(不用仰望数学大神)(5)

小妙招:(这里可以把圆看成a=b的椭圆,所以只要记住椭圆的结论,圆的结论就自然记住了)

A、B是关于双曲线的中心对称的两个动点,P是双曲线上任意一动点,则动点P对A、B两点的斜率之积为定值。并且是定值是b^2/a^2

高中数学立体几何硬解点法(不用仰望数学大神)(6)

小妙招:(这里可以利用图像看两直线的斜率的正负,发现椭圆中两条直线的斜率总是一个正一个负,而双曲线中两条直线的斜率总是同时正或同时负,故而它们的定值会差一个负号,记住椭圆的定值后,自然双曲线的定值就呼之欲出了!)

有了这三个结论,就到我们大显身手的时候了。

先看文章开头的这道题:

高中数学立体几何硬解点法(不用仰望数学大神)(7)

分析:这道题完美符合了这个定值结论,再套用离心率的公式,求出答案就是一瞬间的事儿。

高中数学立体几何硬解点法(不用仰望数学大神)(8)

因为这两个公式,不需要依靠a和c的关系,只依靠a与b的关系就足够求出离心率了。

练习

高中数学立体几何硬解点法(不用仰望数学大神)(9)

分析:此题和上一题比较稍有变形,但是难度并不大,这道题只需要把已知条件中的tan值换成斜率即可,注意:tan∠PF2F1的值虽然是2,但是它对应的直线的斜率应该是-2,否则计算时容易出错!

高中数学立体几何硬解点法(不用仰望数学大神)(10)

分析:此题要用到该结论的退化版,点A和点B已经是双曲线的左右顶点,不再是动点,所以直线PA和PB的斜率之积依然是定值。那么,这道题的取值范围只需要求出k3的范围就可以。由图像可知,当直线PO平行于x轴时斜率是0,当直线PO接近于双曲线的渐近线时,斜率达到最大,此时斜率是b/a,并且两个时刻都是不能取到相等的,所以答案都是开区间,代入计算即可得出正确选项.

高中数学立体几何硬解点法(不用仰望数学大神)(11)

分析:此题利用椭圆中的定值结论,同时此题也是该结论的退化版,M和N分别是左右顶点,但是不影响定值,可以求出直线PM和直线PN的斜率之积,(用a和b表示)。对于|k1| |k2|最小值为1的问题,结合均值不等式可以解出a与b的关系,进而求出离心率。

高中数学立体几何硬解点法(不用仰望数学大神)(12)

分析:此题两条直线的斜率用m和n表示,通过结论能求出mn是定值,把题中的mn都用AB表示(需要用到对数的加法),然后令a/b=t,得到关于t的函数,在利用导数工具求出该函数取最小值时t的值,进而求出离心率。

高中数学立体几何硬解点法(不用仰望数学大神)(13)

分析:根据本讲的结论可知,直线QA1和直线QA2的斜率之积是定值,为-5/9。由于平行四边形OPQR,所以直线OT和直线OS的斜率之积也是-5/9,可以依题意设其中一条直线(OS)的斜率是k1,通过直曲联立解出S点坐标,再利用椭圆的对称性,直线OT就无须再次进行联立,只需用k1去表示k2,把题点坐标中的k2,相应的全部替换成k1即可,再利用两点间距离公式可以求出答案。

记住了以上三个结论,这三组数并不白记,在圆锥曲线关于弦的中点的问题中,这三个数值还会再次呈现,由此,我们进入下一组定值问题!

弦之中点,斜积定值圆的弦的斜率与其中点和圆心连线的斜率之积为定值,且定值为-1。

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椭圆的弦的斜率与其中点和椭圆中心连线的斜率之积为定值。并且是定值是-b^2/a^2

高中数学立体几何硬解点法(不用仰望数学大神)(15)

双曲线的弦的斜率与其中点和双曲线中心连线的斜率之积为定值。并且是定值是b^2/a^2

高中数学立体几何硬解点法(不用仰望数学大神)(16)

看!这三个结论和之前的三个结论在数量上一模一样,所以记忆起来相对也方便。这里对于证明不详细赘述,提供两个证明方法:

  1. 第一种根据点差法可以轻松证明;
  2. 第二种利用“中心对称,斜积定值”,做三角形的中位线也可以证明,并且这种方法证明起来比较简洁,可以更好地体现圆锥曲线的美感。

希望小伙伴们自己独立完成其证明工作!

切线半径,斜积定值

事实上,当圆锥曲线的弦长逐渐变小,最后退化为一个点的时候,此时的割线就退化成切线,那么,关于切线的斜率自然也会有相应的定值结论,并且在数量上与之前完全一致。

圆切线与切点半径的斜率之积为定值,且定值为-1

高中数学立体几何硬解点法(不用仰望数学大神)(17)

椭圆切线与切点和中心连线的斜率之积为定值。并且是定值是-b^2/a^2

高中数学立体几何硬解点法(不用仰望数学大神)(18)

双曲线切线与切点和中心连线的斜率之积为定值。并且是定值是b^2/a^2

高中数学立体几何硬解点法(不用仰望数学大神)(19)

以上三个结论很好理解,无须证明!

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