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文件名称:“双根”技巧简化运算,等价转化探究本质.docx
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总页数:4 页
更新时间:2025-05-16
总字数:约3.28千字
文档摘要

“双根”技巧简化运算,等价转化探究本质

解决轨迹问题的一般方法是设点,通过题干发现点所满足的关系式,化简关系式求得结论.当题干条件复杂时,如何选择切入点则是解决此类问题的关键.笔者研究了2023届广州市高三调研测试第21题,通过该题的解答过程,很好地体现了如何设点以及消元的完整过程,现将笔者的思考展现如下,以飨读者.

已知抛物线C:y2=2px(p0)的焦点到准线的距离为2,圆M与y轴相切,且圆心M与抛物线C的焦点重合.(1)求抛物线C和圆M的方程;(2)设P(x0,y0)(x0≠2)为圆M外一点,过点P作圆M的两条切线,分别交抛物线C于两个不同的交点A(x1,y1)、B(x2,y2)和Q(x3,y3)、R(x4,y4),且y1y2y3y4=16.求证:点P在一条定曲线上.

分析:本题的主题干对抛物线与圆的信息交代的非常清晰,且考查的方式也很直接,抛物线C的方程为y2=4x,圆M的方程为(x-1)2+y2=1,过程略.本题的难点主要集中在第(2)问,涉及到了圆的切线,直线与抛物线相交,四个交点的纵坐标满足某种关系式.并证明点P在一条定曲线上.考查的因素很多,且条件环环相扣,但所求的是一条轨迹问题.但题干没有直接计算点P的轨迹(通过后文可知其轨迹为圆的一部分),该设问方式反而降低了要求(回避了分析在所求的轨迹中排除不满足的部分).

二、解法呈现

解法一:(以斜率为基本量求得轨迹)设直线AB,QR的斜率分别为k1,k2,设直线AB的方程为y=k1(x-x0)+y0.因为直线AB与圆M相切,所以k1+y0-k1x0k21+1=1.化简可得(x20-2x0)k21-2(x0-1)y0k1+y20-1=0.同理可得k2也满足上述方程,即有(x20-2x0)k22-2(x0-1)y0k2+y20-1=0.从而可得k1,k2是关于k的方程(x20-2x0)k2-2(x0-1)y0k+y20-1=0的两个根,根据韦达定理可得k1+k2=2(x0-1)y0x20-2x0,k1·k2=y20-1x20-2x0.联立直线AB与抛物线C的方程可得k1y2-4y+4(y0-k1x0)=0,显然k1≠0,利用韦达定理可得y1y2=4(y0-k1x0)k1,同理可得y3y4=4(y0-k2x0)k1.所以y1y2y3y4=16(y0-k1x0)(y0-k2x0)k1k2=16,即y20-(k1+k2)x0y0+k1k2(x20-1)=0,代入上式所得关于k的韦达定理可得y20-2(x0-1)y0x20-2x0x0y0+y20-1x20-2x0(x20-1)=0,化简整理得x20+y20=1.

综上即可知点P在定曲线x2+y2=1上运动.

评注:上述解法即是按照题干条件出现的顺序,逐渐深入完成求解.思维过程简单,但涉及到的运算量较大.但在本文中多次出现了“整体代换”的技巧,例如本文研究了k1的表达式后通过类比即可得k2的表达式,从y1y2到y3y4也是运用的该思想.

“双根法”简介:若一元二次方程ax2+bx+c=0(a≠0)的两个根分别为x1,x2.则ax2+bx+c=a(x-x1)(x-x2),该表达式的右侧即为二次方程的双根式.利用双根法求解的一般步骤:联立直线与圆锥曲线的方程获得二次方程——转化为双根式——赋值——变形代入——对结论进行解释.例如,设直线y=kx+t与某圆锥曲线联立所得的一元二次方程为ax2+bx+c=0(a≠0),先将该表达式写成双根式可得ax2+bx+c=a(x-x1)(x-x2).对于计算y1·y2等表达式时,y1·y2=k2(x1+tk)(x2+tk),在上式中令x=-tk,即可得y1·y2=at2-bkt+ck2.

解法二:(利用“双根法”求解,提高运算效率)现将解法一中关于k的方程写成两根式可得(x20-2x0)k2-2(x0-1)y0k+y20-1=(x20-2x0)(k-k1)(k-k2)①.现化简条件(y0-k1x0)(y0-k2x0)即可用“双根法”实现(在解法一中是利用展开后再结合韦达定理求解),具体如下:(y0-k1x0)(y0-k2x0)=x20(y0x0-k1)(y0x0-k2).在①式中,令k=y0x0,可得(y0x0-k1)(y0x0-k2)=-1x20-2x0,后续解法同解法一.

评注:利用“双根法”的优势在于回避了对两个韦达公式“两根之和”、“两根之积”的变形过程.但要注意使用时的限制,所求式需为“对称”结构.其次,本题若选择1k1,1k2为变量再使用“双根法”将会极大的降低运算量.具体如下:设1k1=m1,1k2=m2.将关于k的方程(x20-2x0)k2-2(x0-1)y0k+y20-1=0变形为(y20-1)1k2-2(x0-1)y01k+x20-2x0=0,即(y20-1)m2-2(x0-1