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中点弦解法探究 一道高考模拟题的解法探究

时间:2019-01-15 来源:东星资源网 本文已影响 手机版

  本题是浙江金华十校2010年高考模拟试题文科数学第22题,即压轴题,题目设计简洁明快,入口易但深化难,本文意在探究如何充分利用题目条件,使繁杂的运算更加简化。   题目: P、Q是抛物线C:y=x2上的两动点,直线l1、l2分别是C在点P、点Q处的切线,l1∩l2=M,l1⊥l2,(1)求证:点M的纵坐标为定值,且直线PQ经过一定点;
  (2)求△PQM面积的最小值。
  解:(1)设P(x1,x21),Q(x2,x22),由y′=2x易知
  l1的斜率k1=2x1,l2的斜率k2=2x2
  ∴y-x21=2x1(x-x1)
  y-x22=2x2(x-x2)
  2x1•2x2=-1 即y=2x1x-x21 ①
  y=2x2x-x22 ②
  x1•x2=-14
  由①②消去x得y=x1•x2=-14,即点M的纵坐标为定值。
  又直线PQ的斜率KPQ=x21-x22x1-x2=x1+x2
  ∴直线PQ的方程为:y-x21=(x1+x2)(x-x1)
  整理得:y=(x1+x2)x-x1x2
  ∴y=(x1+x2)x+14,(x1•x2=-14)
  显然,该直线恒过定点(0,14).
  因第(1)问对运算技巧性要求不高,在此不做深入探究。下面重点探究第(2)问:
  学生看到第二问,根据题意,知道△PMQ是Rt△,要求出面积表达式,需求|PM|,|QM|,于是有:解法一:由(1)知M的横坐标为-14,再由-14-x21=2x1(x-x1),可求出
  x=x21-142x1=12(x1+x2),(x1•x2=-14)
  即M(x1+x22,-14)
  |PM|=x1-x222+x21+142
  |QM|=x1-x22+x22+142
  写到这一步,再往下进行求12|PM|•|QM|的表达式可就不容易了。如:
  S=12|PM|•|QM|
  =1214(x1-x2)2+(x21+14)214(x1-x2)2+(x22+14)2
  
  大多数学生得到这个式子之后,就不愿再做下去,认为再做下去也看不到希望,且越算越复杂。此时真是山重水复疑无路了!怎样才能柳暗花明又一村呢?
  请注意:x1•x2=-14
  ∴(x21+14)2=(x21-x1x2)2=x21(x1-x2)2
  ∴|PM|=14(x1-x2)2+x21(x1-x2)2
  =(x1-x2)2x21+14
  =(x1-x2)2•x1(x1-x2)
  =(x1-x2)3x1
  
  同理|QM|=(x2-x1)3x2
  ∴S=12|PM|•|QM|=12(x1-x2)6(-x1•x2)=1214(x1-x2)6=14|x1-x2|3
  而x2>0>x1,且x1=-14x2
  ∴S=14(x2-x1)3=14(x2+14x2)3≥14(2x2•14x2)2=14
  当且仅当x2=12,x1=-12时“=”成立。
  ∴Smin=14,此时P(-12,14),Q(12,14) 直线PQ∥x轴。
  方法二:令x1+x2=k则由(1)知点M坐标(k2,-14),直线PQ方程为y=kx+14,即kx-y+14=0
  ∴点M到直线PQ的距离h=|k22+14+14|1+k2=121+k2
  |PQ|=(x1-x2)2+(x21-x22)2
  =(x1-x2)2[1+(x1+x2)2]
  =[(x1+x2)-4x1x2][1+(x1+x2)2]
  =(k2+1)(1+k2)
  =1+k2
  
  ∴S△PQM=141+k2(1+k2)≥14
  当k=0时“=”成立。
  ∴S△PQM最小值为14
  方法三:过M作y轴平行线交PQ于N,易得Nx1+x22,x21+x222,显然点N为线段PQ中点,S△PQM=2S△MNQ,在△MNQ中,不妨以MN为底,
  高h=x2-x1+x22=x2-x12
  又|MN|=x21+x222+14=12(x2-x1)2
  ∴S△PQM=|MN|•h=14(x2-x1)3≥14[2x2•(-x1)]3=14
  当且仅当x2=-x1=12 , 即x2=12,x1=-12时“=”成立。
  ∴Smin=14
  方法三对图形的几何特征进行充分挖掘,使形与数结合得更加紧密,互为补充,大大降低了运算的难度,此法值得回味。
  (乔超浙江省杭州市余杭区余杭镇成人文化技术学校311121)

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