高中数学:齐次化在圆锥曲线中的应用,学霸的秘密武器

观教育 2024-02-15 21:48:14

对于大多数高中生来说,圆锥曲线无疑是高中数学最难的知识点之一,而计算量太大更进一步增加了题目的难度。本文就和大家分享一个圆锥曲线中可以简化计算的方法:齐次化。

齐次化并不是所有的圆锥曲线题目都可以使用,要用齐次化来解圆锥曲线的题目通常需要满足两个条件:一是有一个定点P和圆锥曲线上的两个动点A、B,二是直线PA、PB的斜率之和或积为定值。

满足上面两个条件后,用齐次化解圆锥曲线的题目可以大大减小计算量,从而提高做题速度和正确率。接下来,我们就通过一道例题来看一下怎么用齐次化解圆锥曲线的题目。

先看常规方法。

要证明直线EF过定点,那么就需要先将直线EF的方程表示出来,然后再找出该直线的定点。

在设直线EF的方程时,如果不能直接排除直线斜率不存在的情况,那么就一定要讨论直线EF的斜率是否存在。即当斜率不存在时,可设直线EF的方程为x=m;当斜率存在时,可设直线EF的方程为y=kx+b。然后联立直线方程和椭圆方程,用韦达定理表示出直线AE、AF的斜率之和,从而求出k与b的关系,然后再代入直线EF的方程,并求出定点即可。

用常规解法解这道题也不难,但是计算量很大,很多同学思路没问题但没能算出最后的答案。接下来我们用齐次化来求解这道题。

用齐次化解圆锥曲线时,通常需要将定点P转化坐标原点,而本题中定点A并不是直角坐标系xOy的坐标原点,所以我们就需要先进行平移处理。下面介绍两种平移处理的方法。

1.平移坐标系

将坐标系xOy的坐标原点O移到点A处,形成新的坐标系x'Ay',在新坐标系下,椭圆C的方程也要进行相应的变化。由于坐标原点从O(0,0)移动到了A(1,3/2),所以椭圆C的方程的横纵坐标也分别加1和3/2,即“加点”,然后展开化简。

同样,直线EF在坐标系x'Ay'中对应的直线为E'F'。设直线E'F'的方程为mx'+ny'=1,然后将在坐标系x'Ay'中化简后的方程的一次项乘以1=mx'+ny',如果有非零的常数项就乘以1²,这样就完成了齐次化处理。接下来方程两边同时除以x'^2,就可以用韦达定理求出直线AE'和AF'的斜率之和,从而求出m和n的关系,并求出直线E'F'的定点。最后再反向平移,就可以得到直线EF的定点。

2.平移直线和椭圆

齐次化处理时,定点不在坐标原点还可以平移直线和圆锥曲线来处理。不过,需要注意的是,平移直线和圆锥曲线的方法是“左加右减,下加上减”,而不是函数图像平移中的“左加右减,上加下减”。当然,其实质是一样的,只是纵坐标加减的位置不一样而已。

后面在处理时,思路和平移坐标系一样,只是我们需要将x-1和y-3/2作为一个整体来看待。

齐次化在处理这类圆锥曲线题目时,可以大大减少计算量,提升速度和正确率,从而成了很多学霸的秘密武器。

6 阅读:589

观教育

简介:分享教育故事,剖析教育现象