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2022年全國乙卷圓錐曲線—— 一類不對稱結構題

2022-12-18 12:35 作者:求導宗師的線性空間  | 我要投稿

hello,大家好!

今天我們來看一下圓錐曲線中的一類不對稱結構題吧。畢竟那些對稱結構的題只要把韋達定理代入然后一頓操作,理論上就能做出來,而不對稱結構就沒那么好辦了。

這一類不對稱結構通常涉及到?x_%7B1%7D%2Bx_%7B2%7D 與?x_%7B1%7Dx_%7B2%7D 的替換(或者?y_%7B1%7D%2By_%7B2%7D 與?y_%7B1%7Dy_%7B2%7D 的替換),這一操作可以用韋達定理實現(xiàn)。

【例】已知橢圓?C 的方程為?%5Cfrac%7Bx%5E2%7D%7B4%7D%2By%5E2%3D1,過 (0%2C1) 的直線?l%0A?交 C%20 于?AB?兩點,過 A?做 x 軸的平行線交直線?x%3D4 于?D?點,證明:直線?BD 過定點

【分析】在此題中,B、D 的產(chǎn)生方式略有差別,因此?B、D 的坐標形式就不一樣,這樣一來,直接代入韋達定理就不太好辦了,我們可以用另一種使用韋達定理的方式

【證明】設?A(x_%7B1%7D%2Cy_%7B1%7D)B(x_%7B2%7D%2Cy_%7B2%7D),設?l?的方程為 x%3Dky%2B1,與?C 聯(lián)立消?x 得:

? ? ??? ? ?(k%5E2%2B4)y%5E2%2B2ky-3%3D0

我們可以直接列出?y_%7B1%7D%2By_%7B2%7D?與?y_%7B1%7Dy_%7B2%7D?的關系:

? ? ? ? ? ? ? ?3(y_%7B1%7D%2By_%7B2%7D)%3D2ky_%7B1%7Dy_%7B2%7D

(注:對于一元二次方程?%5Ccolor%7Bred%7D%7Bax%5E2%2Bbx%2Bc%3D0%7D,兩根之和與兩根之積的比值為 %5Ccolor%7Bred%7D%7B-%5Cfrac%7Bb%7D%7Bc%7D%7D

D?的坐標為?(4%2Cy_%7B1%7D),于是直線?BD 的方程為:

? ? ? ? ? ? ? ? ?%5Ccolor%7Bblue%7D%7B%5Cfrac%7By-y_%7B1%7D%7D%7Bx-4%7D%3D%5Cfrac%7By_%7B2%7D-y_%7B1%7D%7D%7Bx_%7B2%7D-4%7D%7D

根據(jù)對稱性,可以猜到定點在?x 軸上,于是我們把方程化為橫截式:

x%3D%5Cfrac%7Bx_%7B2%7D-4%7D%7By_%7B2%7D-y_%7B1%7D%7Dy%2B%5Cfrac%7B4y_%7B2%7D-y_%7B1%7Dx_%7B2%7D%7D%7By_%7B2%7D-y_%7B1%7D%7D%3D%5Cfrac%7Bx_%7B2%7D-4%7D%7By_%7B2%7D-y_%7B1%7D%7Dy%2B%5Cfrac%7B4y_%7B2%7D-y_%7B1%7D-ky_%7B1%7Dy_%7B2%7D%7D%7By_%7B2%7D-y_%7B1%7D%7D

我們把?y_%7B1%7Dy_%7B2%7D?換為?y_%7B1%7D%2By_%7B2%7D,得到:

%5Cfrac%7B4y_%7B2%7D-y_%7B1%7D-ky_%7B1%7Dy_%7B2%7D%7D%7By_%7B2%7D-y_%7B1%7D%7D%3D%5Cfrac%7B4y_%7B2%7D-y_%7B1%7D-%5Cfrac%7B3%7D%7B2%7D(y_%7B1%7D%2By_%7B2%7D)%7D%7By_%7B2%7D-y_%7B1%7D%7D%3D%5Cfrac%7B5%7D%7B2%7D

于是直線?BD 的橫截距恒為?%5Cfrac%7B5%7D%7B2%7D,可知直線?BD 過定點?(%5Cfrac%7B5%7D%7B2%7D%2C0),證畢!

這種操作同樣可以應用于2022年的全國乙卷圓錐曲線題:

第二問顯然也是一個不對稱結構的問題,通過第一問得到?E 的方程為?%5Cfrac%7Bx%5E2%7D%7B3%7D%2B%5Cfrac%7By%5E2%7D%7B4%7D%3D1,先把第二問圖畫一下:

由于?P 不在原點,直線?MN 的方程有一點復雜,我們干脆把圖整體向左平移 1,向上平移2,這樣?E 方程變?yōu)椋?/p>

4x%5E2%2B8x%2B3y%5E2-12y%2B4%3D0

直線?AB?方程變?yōu)?

? ? ? ? ? ? ??2x-3y%2B2%3D0

同時直線?PN 過原點了

設?M(x_%7B1%7D%2Cy_%7B1%7D),N(x_%7B2%7D%2Cy_%7B2%7D),設?MN 方程為 y%3Dkx,與?E 聯(lián)立消?y 得:

(3k%5E2%2B4)x%5E2%2B(8-12k)x%2B4%3D0

依然是列出?x_%7B1%7D%2Bx_%7B2%7D 與?x_%7B1%7Dx_%7B2%7D 的關系:

? ? ? ??%5Ccolor%7Bblue%7D%7Bx_%7B1%7D%2Bx_%7B2%7D%3D(3k-2)x_%7B1%7Dx_%7B2%7D%7D

利用題目條件得到H坐標為 (3kx_%7B1%7D-x_%7B1%7D-2%2Ckx_%7B1%7D),于是可以列出?HN 的方程:

%5Cfrac%7By-kx_%7B2%7D%7D%7Bx-x_%7B2%7D%7D%3D%5Cfrac%7Bkx_%7B1%7D-kx_%7B2%7D%7D%7B3kx_%7B1%7D-x_%7B1%7D-2-x_%7B2%7D%7D

這次不太好猜定點在哪里,我們不妨假設定點為?(m%2Cn),代入方程得:

n(3kx_%7B1%7D-x_%7B1%7D-2-x_%7B2%7D)%2B(2k-3k%5E2)x_%7B1%7Dx_%7B2%7D%2B2kx_%7B2%7D%2Bmkx_%7B2%7D-mkx_%7B1%7D%3D0

將?x_%7B1%7Dx_%7B2%7D 替換為?x_%7B1%7D%2Bx_%7B2%7D,得到:

n(3kx_%7B1%7D-x_%7B1%7D-2-x_%7B2%7D)%2Bkx_%7B2%7D-kx_%7B1%7D%2Bmkx_%7B2%7D-mkx_%7B1%7D%3D0

%5CRightarrow%20n(3kx_%7B1%7D-x_%7B1%7D-2-x_%7B2%7D)%2B(m%2B1)(kx_%7B2%7D-k_%7B1%7D)%3D0

兩個括號里的式子都是關于?k 的式子,可以驗證兩者線性無關(不成比例)

于是有?%5Ccolor%7Bred%7D%7Bn%3Dm%2B1%3D0%7D

所以?HN 過定點?(-1%2C0),當然,平移之前的圖形中過定點 (-2%2C0),證畢!

本期專欄就到這里了,感謝大家收看!

拜拜~~????

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