高中数学“圆锥曲线”复习

专题讲座高中数学“圆锥曲线”一、对“圆锥曲线”数学知识的深层次理解（一）“圆锥曲线”知识结构圆锥曲线的内容在新课标中安排在选修课程的选修系列1和选修系列2之中.知识结构图：圆锥曲线研究的图形对于学生来讲是比较陌生的图形.虽然在初中阶段学习函数的时候，同学们听说过抛物线、双曲线的名词，当时的认识只是停留在直观的感受.从二次函数的图像，经过教师的授课，知道二次函数的图像叫做抛物线；学习反比例函数时，教师告知反比例函数的图像是双曲线，并且是以坐标轴为渐近线的.对于满足什么条件的点的轨迹是抛物线、双曲线学生的认识仍然是一片空白.只有学习了本单元内容之后，学生才会对圆锥曲线有一个全面、准确的认识.本讲从轨迹方程的角度研究圆锥曲线.首先给出椭圆、双曲线、抛物线的定义，依据定义推导他们的方程，在此基础上，依据他们的方程研究三种曲线的几何性质.虽然椭圆、双曲线、抛物线都属于平面图形，但是运用平面几何的知识和研究方法很难研究的透彻.解析几何学科的特点和优越性从这个研究过程中开始有强烈的显现.在此之前用代数的方法研究直线和圆的教学，从学习方法上来说，为本讲的学习奠定了基础.区别在于，尽管同样是研究几何图形的性质，在研究直线与圆的阶段，平面几何的知识得到充分的应用，利用了平面几何的相关知识，有时可以使得运算过程得到简化.选修系列1和选修2系列对于教学的要求上有所不同.主要体现在两点.第一点：选修系列1中没有曲线与方程这一节的要求.这样安排教学要求的目的是，对于学习选修系列1的同学从理论的学习要求做了适当的降低.只要求直观的解决问题，直观的认识具体曲线的定义、性质.第二点是选修系列1中没有直线与圆锥曲线的教学内容，对于这一点的要求不同，我们建议教师还是应该予以适当的补充.从目前的考试要求以及高考试题看，在文科数学试卷中，对于这个内容还是有要求的.但是不会要求太高，教师在教学中可以侧重以直线与椭圆的位置关系的开展讨论，其他的曲线讨论可以轻描淡写的处理，体现出选修系列1和选修系列2的区别.（二）如何把握圆锥曲线的定义圆锥曲线的定义有多种形式，教师应该尽量的了解和知道.椭圆的定义学生首先接触的都是到两个定点距离之和等于定长的点的集合（轨迹）.为什么椭圆、双曲线、抛物线称为圆锥曲线？教科书中有详细的说明.建议教师不要忽视其中的原委.有些试题还是在考查该项定义.下面请看几个案例，虽然都是利用圆锥曲线的定义解题，但是各有特点.例1如图是长度为定值的平面的斜线段，点为斜足，若点在平面内运动，使得的面积为定值，则动点P的轨迹是A.圆B.椭圆C.一条直线D.两条平行线我们通过这个例题可以让学生进一步认识圆锥曲线的定义.根据已知条件的面积为定值，是长度为定值的平面的斜线段，那么点到直线的距离为定值，仅仅考虑这一点，点P应该在一个圆柱的侧面上，这个圆柱是以PA所在的直线为轴，点到直线的距离为底面半径.同时这个点又在平面α上，点P的轨迹是平面α与圆柱侧面的截线，依据圆锥曲线的定义，应该选B.对于概念的认识，不仅仅限于对概念的记忆，甚至个别的老师还让学生齐声背诵定义，这样的结果往往是学生知其然，不知其所以然.教师如果能够选择像上面类似的题目，对于学生深刻理解概念是有积极作用的.下面例题的选取也是这个目的.例2如图，线段=8，点在线段上，且=2，为线段上一动点，点绕点旋转后与点绕点旋转后重合于点.设=，的面积为.则的定义域为________；的最大值为________.据题意，PD＝PB，PD+PC＝BC＝6，又CD=CA=2，依据定义知：点P在以C、D为焦点的椭圆上，其焦距为2，其长轴长为6，可得出短轴长为，PC＝时，的面积取得最大值，最大值为.当看到一个动点到两个定点距离之和为定长时，学生应该联想到椭圆的定义，学生能否做到这一点，教师的引导和适当的例题是关键.（三）圆锥曲线不同形式的方程在选修系列4教学要求中，选修4-4是坐标系与参数方程.在部分的教学内容中，将增加圆锥曲线的参数方程的形式和极坐标形式.虽然只是一种初步的、带有介绍形式的，建议教师还是抓住机会与选修系列1、选修系列2的内容进行有机的整合.具体建议稍后再详细说明.（四）教学内容的重点、难点圆锥曲线的教学重点是：三种圆锥曲线的方程与性质.在此之前的学习中，我们已经初步感受了解析几何学科的特点，以及如何用代数的方法研究几何图形的性质.本讲与之前的研究所不同的是，之前研究的对象是学生熟知的图形，直线和圆.利用方程研究曲线的性质，从知识上学生没有感到有新的收获，没有获得直线与圆的新的几何性质.然而本章研究的曲线对于学生来说是陌生的.学生对于椭圆、双曲线、抛物线的认识几乎接近空白.什么取值范围、对称轴、对称中心、顶点、离心率、渐近线等，对于学生来说都是全新的.研究之前，学生对于曲线的这些性质处于无知或者是朦胧的状态，学习之后成就感明显的高于直线与圆的学习.圆锥曲线的难点是：圆锥曲线的综合问题.特别是直线与圆锥曲线的位置关系有关的综合题目，学生感觉难度较大.与圆锥曲线有关的综合题，题目呈现的方式是多样的.不像三角函数、立体几何题目的呈现方式那样单纯，可以从模仿入手.对于学生来说，对于分析问题、解决问题的能力要求较高.模式化的东西相对少一些.二、“圆锥曲线”的教学策略以及学生学习中常见的错误与问题的分析与解决策略（一）正确认识曲线的方程椭圆、双曲线、抛物线的标准方程由于焦点的位置不同，方程的形式相应的不同.椭圆按照焦点在x轴上和焦点在y轴上，相应的有两个标准方程；双曲线也是按照焦点在x轴上和焦点在y轴上，相应的有两个标准方程；而抛物线则是按照焦点在x轴的正半轴上、焦点在x轴的负半轴上、焦点在y轴的正半轴上、焦点在y轴的负半轴上相应的有四个标准方程.确定曲线的方程，就是根据条件确定方程中的参数的具体数值.根据题目所给的条件，使用数学中常见的待定系数法，通常可以确定参数的数值，换一个角度来说，曲线方程的确定也是方程思想的应用.依据条件，找到参数适合的方程或方程组，从本质上来说，与列方程解应用题是相同的.（二）数学思想的渗透与培养前面已经提到利用方程的思想确定椭圆、双曲线、抛物线的方程.其他几个重要的数学思想在本讲中也应该积极的渗透.数形结合的数学思想.同一个问题可以有数、形两种不同的表现形式.比如直线与椭圆的位置关系有相交、相切、相离.如何描述直线与椭圆相交？从“形”的角度说，直线与椭圆恰有一个公共点；如果从“数”的角度来描述，将直线的方程代入椭圆的方程，得到一个关于x的（或者是关于y的）一元二次方程.这个方程的判别式应该为0.化归思想的应用对于本讲内容来说也是很好的渗透的平台.分类讨论的思想在本讲学习中，也是应该给予足够的重视.分类讨论的思想一定要让学生明确不是为了分类而分类.许多的分类在解题之前是不明确的，在解题的过程中，依据算法、算理的需求，对字母的取值限制进行讨论.化归是数学中对能力要求较强的一种思想方法.所谓化归，就是将复杂的问题、不熟悉的问题转化为简单的、熟悉的问题.对于解析几何的综合性问题，我们建议将解题的过程划分为两个阶段，设计解题方案、实施解题方案的两个过程.例1已知椭圆（）的焦距为，离心率为.（Ⅰ）求椭圆方程；（Ⅱ）设过椭圆顶点，斜率为的直线交椭圆于另一点，交轴于点，且成等比数列，求的值.化归的思想教师说起来很简单，但是学生做起来往往找不到实施的办法.需要教师的示范和在具体问题解决中的认识，需要一定时间的培养和训练.例1中解决第（Ⅱ）问可以设计三个解题方案.第一个方案是按照常规思路设法把点B、D、E的坐标用斜率k表示出来，之后用两点间距离把的长度表示出来，再利用他们成等比数列，求出的值.表面一看，这个思路很好，但是在实际的解题过程中可以看到，题目的运算量较大.第二个方案也是按照常规思路设法把点B、D、E的坐标用斜率k表示出来，之后将三条线段投影到x轴上，利用相似三角形的知识可以证明，投影到坐标轴上的三条线段按照相应的对应关系也是成等比数列的.等比数列这个限制条件就变成三个点的横坐标的限制条件.第三个方案也是按照常规思路设法把点B、D、E的坐标用斜率k表示出来，之后将三条线段投影到y轴上，利用相似三角形的知识可以证明，投影到坐标轴上的三条线段按照相应的对应关系也是成等比数列的.等比数列这个限制条件就变成三个点的纵坐标的限制条件.比较上述三个方案，显然第一个方案的运算量最大，后两个方案的运算量显著的下降.当我们把三条线段投影到坐标轴上，运算量下降了，达到了将复杂的问题转化为简单问题的目的.再细致的比较后两个方案，由于点E的纵坐标为0，第三个方案比第二个方案的运算量还要再小一些，所以选择方案三.详解如下：（Ⅰ）由已知，.解得，所以，椭圆的方程为.（Ⅱ）由（Ⅰ）得过点的直线为，由得，所以，所以，依题意，.因为成等比数列，所以，所以，即，当时，，无解，当时，，解得，所以，解得，所以，当成等比数列时，.回顾对这个问题的分析与解答，教师设计了三个解题方案，在实施方案之前，要对设计的三个方案进行比较、分析，从中选出简捷的方案.（三）对于参数方程处理方式的建议参数方程的学习在这一阶段的学习过程中，是一个相对独立的内容.原则上不需要做过多的补充.但是对于椭圆的参数方程，还是建议教师更具学生的实际情况做适当的补充.主要是对椭圆上的点的坐标可以表示为，特别是对于一些最值有关的问题解决还是有益处的.例1已知矩形ABCD的四个顶点都在椭圆上，且对称轴平行于坐标轴.求矩形ABCD面积的最大值.解：设点A在第一象限，例2已知梯形ABCD中，AB∥CD，AD是椭圆的长轴，顶点B、C都在椭圆上.求梯形ABCD面积的最大值.解法仿照例1，此处略去.以上两个例题的特点是很明确的，使用参数方程形式描述椭圆上的点的坐标，其中a、b都是常量，只有θ一个字母是变量，这样面积的公式将是仅有一个自变量的解析式.学生在中学学习的函数仅限于一元函数，对于两个自变量的函数学生往往感到困惑，使用参数方程处理上述问题，回避了出现二元函数的矛盾，建议教学中考虑介绍椭圆的参数方程的应用.（四）直线与圆锥曲线的位置关系直线与圆锥曲线的位置关系比直线与圆的位置关系要复杂.首先打破了学生头脑中固有的认识：直线与曲线有恰一个公共点，直线与曲线相切.当直线与抛物线的对称轴平行的时候，直线与抛物线只有一个公共点，此时直线与抛物线相交而不是相切！同样，当直线与双曲线的渐近线平行的时候，直线与双曲线恰有一个公共点，此时直线与双曲线也是相交而不是相切！直线与圆锥曲线的问题，通常不要真的把直线与圆锥曲线的交点求出来，一般交点的坐标比较难求.联立方程组之后，先转化为一元二次方程，可以借助一元二次方程根与系数的关系，将与根有关的问题转化为两根和、两根积的形式，分别把两根之和、两根之积看做两个整体，再做整体的代换，可以使的整体的运算过程比较简化.例1已知椭圆经过点其离心率为.（Ⅰ）求椭圆的方程；(Ⅱ)设直线与椭圆相交于A、B两点，以线段为邻边作平行四边形OAPB，其中顶点P在椭圆上，为坐标原点.求到直线距离的最小值.解：（Ⅰ）由已知，，所以，①又点在椭圆上，所以，②由①②解之，得.故椭圆的方程为.(Ⅱ)当直线有斜率时，设时，则由消去得，，，③设A、B、点的坐标分别为，则：，由于点在椭圆上，所以.从而，化简得，经检验满足③式.又点到直线的距离为：当且仅当时等号成立当直线无斜率时，由对称性知，点一定在轴上，从而点为，直线的方程为，所以点到直线的距离为1.所以点到直线的距离最小值为.这是一个典型的直线与圆锥曲线有关的问题.对于题目解答的思路粗略的说，可以将直线的方程代入椭圆的方程，消去字母y（也有时消去字母x），得到一个关于x的一元二次方程.在解题的过程中，我们设A、B、点的坐标分别为，但是我们并没有真的去把这四个量求解出来，而是利用一元二次方程的根系关系，用含有参数k、m的代数式将其表示出来.学生在学习的开始阶段，对于上述的解法并不熟悉.其中一个重要的原因是义务教育阶段的课程标准中，对于一元二次方程的根系关系较之前的教学大纲的要求有所降低，学生对于这个内容的基础知识以及理解程度都不是很