解析几何也不要忘了几何法,少算多想!

教育   2024-11-22 21:47   北京  

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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 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。

图 1

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

又圆 都过原点(关注微信公众号:Hi数学派)

故圆 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 上。过 且斜率为 的直线交 两点( 的上方)。
(1) 的标准方程;
(2) ,求
(3) ,直线 轴于点 ,求 的取值范围。

图 2

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

(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 两点,过 与   垂直的直线交 两点,其中 轴上方, 分别为 的中点.
(1) 证明:直线 过定点;
(2) 为直线 与直线 的交点,求 面积的最小值 .

图 3
图 4

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

图 5

所以

同底等高(图 5 橙色所示), 同底等高(图 5 紫色所示)

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

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)


图 6

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

同底等高(图6橙色所示), 同底等高(图6紫色所示)

所以(关注微信公众号:Hi数学派)

向量法:

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 为椭圆 上两点.
(1) 的率心率 ;
(2) 若过 的直线 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)

图 7

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

可解得

所以

时,直线

时,直线

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,

图 8

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 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 关于 轴的对称点,记 的坐标为
(1),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) 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)

图 9

由题意得

可以看出 存在一个公共边

如果 ,则 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)

(2) 得 数列 是公比为 的等比数列

所以

,则

所以

又(关注微信公众号:Hi数学派)

所以

因此  ,得证


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