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1246期解析几何也不要忘了几何法,少算多想!
该篇素材来自班里同学问的一道题,此题出自好一周之前的台州一模第14题。之所以讲这题是因为该题虽是解析几何题,但如果你硬算是不好处理的,只有通过将题目中的解析几何代数语言翻译成原本的几何形式,利用几何法才能少算!
解析几何题目大都是将几何形式转化为代数形式来解决的,但有时也不要忘了问题本来的几何形式,利用几何法将问题进行一些转化,可能大大减少计算量,就比如今年高考新课标Ⅰ卷、新课标Ⅱ卷的圆锥压轴利用几何法,少算多想!再比如2024 年国庆“圆梦杯”统一模拟考试(六)圆锥曲线压轴等等。
一、这道解析几何中的几何题 二、圆梦杯圆锥曲线几何法巧解 三、回顾几道经典的几何转化少算多想的圆锥压轴 1、九省联考经典的面积转化模型 2、新Ⅰ卷圆锥同底等高几何法 3、新Ⅱ卷圆锥同底等高面积转化
一、这道解析几何中的几何题
【浙江台州25届高三一模T14】(关注微信公众号:Hi数学派)已知圆 ,其中 ,若圆 上仅有一个点到直线 的距离为 ,则 的值为 _______ ;圆 的半径取值可能为 _______ (请写出一个可能的半径取值)。
解析: 先将题目中的解析几何语言翻译成几何形式
如图 1 所示,圆 过原点,又 ,则圆 交 轴正半轴于点 ,交 轴正半轴于点
到直线 的距离为 的点在直线 和 上。
又圆 上仅有一个点到直线 的距离为
则圆 上仅有一点在直线 , 上
又圆 和 都过原点(关注微信公众号:Hi数学派)
故圆 和 相切,且与 不存在交点。
因此圆 的圆心在与 垂直的直线上,且 ,即
由图 1 可知,
又因为直线 的倾斜角为
二、圆梦杯圆锥曲线几何法巧解
该题如果设点设线硬算的话非常麻烦。但是如果注意到所给椭圆满足 ,你就会发现 ,也就是存在两对相似的三角形!因此所求的线段长可以用线段比例关系表示出来,再结合第 (2) 的焦半径之比,就可以轻松的计算出答案。
【圆梦杯(六)10月线上考试T18】 已知椭圆 的离心率为 ,左焦点为 ,点 在 上。过 且斜率为 的直线交 于 , 两点( 在 的上方)。
(1) 求 的标准方程;
(2) 若 ,求 ;
(3) 若 ,直线 交 轴于点 ,求 的取值范围。
解析:
(1) 由题意得
解得 ,
(2) 如图 2,设直线 的倾斜角为
,
所以(关注微信公众号:Hi数学派)
(3) 由题意得 ,设椭圆 的右焦点为
,
由 (2) 可知
所以
所以
由于直线 的斜率存在,故
三、回顾几道经典的几何转化少算多想的圆锥压轴
1、九省联考经典的面积转化模型
该题是一道经典的两垂直弦模型,有关两垂直弦模型可以参考小派之前的推文《1056期【圆锥】两垂直弦模型 • 24结论》
【九省联考 T18】(关注微信公众号:Hi数学派)已知抛物线 的焦点为,过 的直线 交 于 , 两点,过 与 垂直的直线交 于 , 两点,其中 , 在 轴上方,, 分别为 , 的中点.
(1) 证明:直线 过定点;
(2) 设 为直线 与直线 的交点,求 面积的最小值 .
解析:
(1) 利用设点法轴点差技巧,可以参考小派之前的推文《938期【圆锥】九省圆锥(1)轴点差(2)同底等高面积转化》
(2) 连接 ,设线段 的中点为 ,如图 3 所示,则 , 分别为 , 的中位线
所以 ,,
则 和 同底等高(图 5 橙色所示), 和 同底等高(图 5 紫色所示)
即 ,
所以(关注微信公众号:Hi数学派)
因为 ,即四边形 对角线 ,所以
设直线 的倾斜角为 ,则直线 的倾斜角为
则 ,
所以(关注微信公众号:Hi数学派)
当且仅当 或 取等号,
所以 面积的最小值为 .
注: 有关焦点弦倾斜角公式可以参考小派之前的推文《912期【圆锥】焦点弦长公式9结论》,《904期【圆锥】抛物线结论42条》
【几何结论】 如图6,对任意四边形 , 分别是对角线 、 的中点,点 是边 、 延长线的交点,则有(关注微信公众号:Hi数学派)
证明
几何法,同底等高面积转化: 连接 ,设线段 的中点为 ,如图 6 所示,则 , 分别为 , 的中位线,所以 ,,
则 和 同底等高(图6橙色所示), 和 同底等高(图6紫色所示)
即 ,
所以(关注微信公众号:Hi数学派)
向量法:
设
则
故
2、新Ⅰ卷圆锥同底等高几何法
【2024新课标Ⅰ卷T16】(关注微信公众号:Hi数学派)已知 和 为椭圆 上两点.
(1) 求 的率心率 ;
(2) 若过 的直线 交 于另一点 ,且 的面积为 ,求 的方程.
解析:
(1) (详解可参考《2024新课标Ⅰ卷 • 全卷详细解析》)
(2)
直线 的方程为
如图 7,设点 到直线 的距离为
解得
设过点 且与 平行的直线为
所以(关注微信公众号:Hi数学派)
解得 ( 舍去)
所以
联立
消 可解得 或
所以 或
若 时,直线 为
若 时,直线 为
注: 如果你发现椭圆下顶点 与线段 构成的三角形面积刚好是 的话,过 作与 平行的直线,与椭圆的另一交点也满足面积为 ,此时该点还会与点 关于原点对称,如图 8 所示,
3、新Ⅱ卷圆锥同底等高面积转化
【2024年新Ⅱ卷T19】 已知双曲线 ,点 在 上, 为常数, ,按照如下公式依次构造点 :过点 作斜率为 的直线与 的左支点交于点 ,令 为 关于 轴的对称点,记 的坐标为
(1) 若 ,求 ;(关注微信公众号:Hi数学派)
(2) 证明:数列 是公比为 的等比数列;
(3) 设 为 的面积,证明:对于任意正整数 ,
解析:
(1) (2) (详解可参考《2024新课标Ⅱ卷 • 全卷详细解析》)
(3)
由题意得
可以看出 与 存在一个公共边
如果 ,则 与 公共边 上的高相等
因此 (如图 2 所示 )
下面证明 (关注微信公众号:Hi数学派)
由 (2) 得 数列 是公比为 的等比数列
所以
记 ,则
所以
又(关注微信公众号:Hi数学派)
所以
因此 ,得证