第14講   解析幾何問(wèn)題的題型與方法

一、知識(shí)整合

1.       能正確導(dǎo)出由一點(diǎn)和斜率確定的直線的點(diǎn)斜式方程;從直線的點(diǎn)斜式方程出發(fā)推導(dǎo)出直線方程的其他形式,斜截式、兩點(diǎn)式、截距式;能根據(jù)已知條件,熟練地選擇恰當(dāng)?shù)姆匠绦问綄懗鲋本的方程,熟練地進(jìn)行直線方程的不同形式之間的轉(zhuǎn)化,能利用直線的方程來(lái)研究與直線有關(guān)的問(wèn)題了.

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2.能正確畫出二元一次不等式(組)表示的平面區(qū)域,知道線性規(guī)劃的意義,知道線性約束條件、線性目標(biāo)函數(shù)、可行解、可行域、最優(yōu)解等基本概念,能正確地利用圖解法解決線性規(guī)劃問(wèn)題,并用之解決簡(jiǎn)單的實(shí)際問(wèn)題,了解線性規(guī)劃方法在數(shù)學(xué)方面的應(yīng)用;會(huì)用線性規(guī)劃方法解決一些實(shí)際問(wèn)題.

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3.    理解“曲線的方程”、“方程的曲線”的意義,了解解析幾何的基本思想,掌握求曲線的方程的方法.

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4.掌握?qǐng)A的標(biāo)準(zhǔn)方程:(r>0),明確方程中各字母的幾何意義,能根據(jù)圓心坐標(biāo)、半徑熟練地寫出圓的標(biāo)準(zhǔn)方程,能從圓的標(biāo)準(zhǔn)方程中熟練地求出圓心坐標(biāo)和半徑,掌握?qǐng)A的一般方程:,知道該方程表示圓的充要條件并正確地進(jìn)行一般方程和標(biāo)準(zhǔn)方程的互化,能根據(jù)條件,用待定系數(shù)法求出圓的方程,理解圓的參數(shù)方程(θ為參數(shù)),明確各字母的意義,掌握直線與圓的位置關(guān)系的判定方法.

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5.正確理解橢圓、雙曲線和拋物線的定義,明確焦點(diǎn)、焦距的概念;能根據(jù)橢圓、雙曲線和拋物線的定義推導(dǎo)它們的標(biāo)準(zhǔn)方程;記住橢圓、雙曲線和拋物線的各種標(biāo)準(zhǔn)方程;能根據(jù)條件,求出橢圓、雙曲線和拋物線的標(biāo)準(zhǔn)方程;掌握橢圓、雙曲線和拋物線的幾何性質(zhì):范圍、對(duì)稱性、頂點(diǎn)、離心率、準(zhǔn)線(雙曲線的漸近線)等,從而能迅速、正確地畫出橢圓、雙曲線和拋物線;掌握a、b、c、p、e之間的關(guān)系及相應(yīng)的幾何意義;利用橢圓、雙曲線和拋物線的幾何性質(zhì),確定橢圓、雙曲線和拋物線的標(biāo)準(zhǔn)方程,并解決簡(jiǎn)單問(wèn)題;理解橢圓、雙曲線和拋物線的參數(shù)方程,并掌握它的應(yīng)用;掌握直線與橢圓、雙曲線和拋物線位置關(guān)系的判定方法.

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二、近幾年高考試題知識(shí)點(diǎn)分析

2004年高考,各地試題中解析幾何內(nèi)容在全卷的平均分值為27.1分,占18.1%;2001年以來(lái),解析幾何內(nèi)容在全卷的平均分值為29.3分,占19.5%.因此,占全卷近1/5的分值的解析幾何內(nèi)容,值得我們?cè)诙啅?fù)習(xí)中引起足夠的重視.高考試題中對(duì)解析幾何內(nèi)容的考查幾乎囊括了該部分的所有內(nèi)容,對(duì)直線、線性規(guī)劃、圓、橢圓、雙曲線、拋物線等內(nèi)容都有涉及.

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1.選擇、填空題

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1.1  大多數(shù)選擇、填空題以對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)、基本技能的考查為主,難度以容易題和中檔題為主

(1)對(duì)直線、圓的基本概念及性質(zhì)的考查  

例1  (04江蘇)以點(diǎn)(1,2)為圓心,與直線4x+3y-35=0相切的圓的方程是_________.

   (2)對(duì)圓錐曲線的定義、性質(zhì)的考查

    例2(04遼寧)已知點(diǎn)、,動(dòng)點(diǎn)P滿足. 當(dāng)點(diǎn)P的縱坐標(biāo)是時(shí),點(diǎn)P到坐標(biāo)原點(diǎn)的距離是

   (A)          (B)          (C)          (D)2

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   1.2 部分小題體現(xiàn)一定的能力要求能力,注意到對(duì)學(xué)生解題方法的考查

例3(04天津文)若過(guò)定點(diǎn)且斜率為的直線與圓在第一象限內(nèi)的部分有交點(diǎn),則的取值范圍是       

(A)   (B)

(C)   (D)

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   2.解答題

   解析幾何的解答題主要考查求軌跡方程以及圓錐曲線的性質(zhì).以中等難度題為主,通常設(shè)置兩問(wèn),在問(wèn)題的設(shè)置上有一定的梯度,第一問(wèn)相對(duì)比較簡(jiǎn)單.

   例4(04江蘇)已知橢圓的中心在原點(diǎn),離心率為,一個(gè)焦點(diǎn)是F(-m,0)(m是大于0的常數(shù)).   

(Ⅰ)求橢圓的方程; 

(Ⅱ)設(shè)Q是橢圓上的一點(diǎn),且過(guò)點(diǎn)F、Q的直線與y軸交于點(diǎn)M. 若,求直線l的斜率.

    本題第一問(wèn)求橢圓的方程,是比較容易的,對(duì)大多數(shù)同學(xué)而言,是應(yīng)該得分的;而第二問(wèn),需要進(jìn)行分類討論,則有一定的難度,得分率不高.

    解:(I)設(shè)所求橢圓方程是

    由已知,得    所以.

故所求的橢圓方程是

    (II)設(shè)Q(),直線

    當(dāng)由定比分點(diǎn)坐標(biāo)公式,得

   

    .

    于是   故直線l的斜率是0,.

    例5(04全國(guó)文科Ⅰ)設(shè)雙曲線C:相交于兩個(gè)不同的點(diǎn)A、B.

(I)求雙曲線C的離心率e的取值范圍:

(II)設(shè)直線l與y軸的交點(diǎn)為P,且求a的值.

解:(I)由C與t相交于兩個(gè)不同的點(diǎn),故知方程組

  

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有兩個(gè)不同的實(shí)數(shù)解.消去y并整理得 (1-a2x2+2a2x-2a2=0.     ①

雙曲線的離心率

(II)設(shè)

由于x1,x2都是方程①的根,且1-a2≠0,

    例6(04全國(guó)文科Ⅱ)給定拋物線C:F是C的焦點(diǎn),過(guò)點(diǎn)F的直線與C相交于A、B兩點(diǎn).

    (Ⅰ)設(shè)的斜率為1,求夾角的大小;

    (Ⅱ)設(shè),求在軸上截距的變化范圍.

解:(Ⅰ)C的焦點(diǎn)為F(1,0),直線l的斜率為1,所以l的方程為

將代入方程,并整理得  

設(shè)則有  

所以?shī)A角的大小為

(Ⅱ)由題設(shè) 得  

由②得,  ∵    ∴③

聯(lián)立①、③解得,依題意有

∴又F(1,0),得直線l方程為

  

當(dāng)時(shí),l在方程y軸上的截距為

由     可知在[4,9]上是遞減的,

直線l在y軸上截距的變化范圍為

    從以上3道題我們不難發(fā)現(xiàn),對(duì)解答題而言,橢圓、雙曲線、拋物線這三種圓錐曲線都有考查的可能,而且在歷年的高考試題中往往是交替出現(xiàn)的,以江蘇為例,01年考的是拋物線,02年考的是雙曲線,03年考的是求軌跡方程(橢圓),04年考的是橢圓.

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三、熱點(diǎn)分析與2005年高考預(yù)測(cè)

1.重視與向量的綜合

在04年高考文科12個(gè)省市新課程卷中,有6個(gè)省市的解析幾何大題與向量綜合,主要涉及到向量的點(diǎn)乘積(以及用向量的點(diǎn)乘積求夾角)和定比分點(diǎn)等,因此,與向量綜合,仍是解析幾何的熱點(diǎn)問(wèn)題,預(yù)計(jì)在05年的高考試題中,這一現(xiàn)狀依然會(huì)持續(xù)下去.

例7(02年新課程卷)平面直角坐標(biāo)系中,O為坐標(biāo)原點(diǎn),已知兩點(diǎn)A(3,1),B(-1,3),若點(diǎn)C滿足,其中ab∈R,且ab=1,則點(diǎn)C的軌跡方程為

(A)(x-1)2+(y-2)2=5           (B)3x+2y-11=0

(C)2xy=0                        (D)x+2y-5=0

例8(04遼寧)已知點(diǎn)、,動(dòng)點(diǎn),則點(diǎn)P的軌跡是

    (A)圓           (B)橢圓         (C)雙曲線       (D)拋物線

                   

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    2.考查直線與圓錐曲線的位置關(guān)系幾率較高

    在04年的15個(gè)省市文科試題(含新、舊課程卷)中,全都“不約而同”地考查了直線和圓錐曲線的位置關(guān)系,因此,可以斷言,在05年高考試題中,解析幾何的解答題考查直線與圓錐曲線的位置關(guān)系的概率依然會(huì)很大.

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    3.與數(shù)列相綜合

    在04年的高考試題中,上海、湖北、浙江解析幾何大題與數(shù)列相綜合,此外,03年的江蘇卷也曾出現(xiàn)過(guò)此類試題,所以,在05年的試題中依然會(huì)出現(xiàn)類似的問(wèn)題.

例9(04年浙江卷)如圖,ΔOBC的在個(gè)頂點(diǎn)坐標(biāo)分別為(0,0)、(1,0)、(0,2),設(shè)P為線段BC的中點(diǎn),P2為線段CO的中點(diǎn),P3為線段OP1的中點(diǎn),對(duì)于每一個(gè)正整數(shù)n,Pn+3為線段PnPn+1的中點(diǎn),令Pn的坐標(biāo)為(xn,yn), 

(Ⅰ)求及;

(Ⅱ)證明

(Ⅲ)若記證明是等比數(shù)列.

解:(Ⅰ)因?yàn),所以,又由題意可知,

∴==     ∴為常數(shù)列.∴

(Ⅱ)將等式兩邊除以2,得

又∵,∴

    (Ⅲ)∵

      

     又∵

∴是公比為的等比數(shù)列.

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    4.與導(dǎo)數(shù)相綜合

近幾年的新課程卷也十分注意與導(dǎo)數(shù)的綜合,如03年的天津文科試題、04年的湖南文理科試題,都分別與向量綜合.

例10(04年湖南文理科試題)如圖,過(guò)拋物線x2=4y的對(duì)稱軸上任一點(diǎn)P(0,m)(m>0)作直線與拋物線交于A,B兩點(diǎn),點(diǎn)Q是點(diǎn)P關(guān)于原點(diǎn)的對(duì)稱點(diǎn)。

(I)設(shè)點(diǎn)P分有向線段所成的比為,證明: 

(II)設(shè)直線AB的方程是x-2y+12=0,過(guò)A,B兩點(diǎn)的圓C與拋物線在點(diǎn)A處有共同的切線,求圓C的方程.

    解:(Ⅰ)依題意,可設(shè)直線AB的方程為 代入拋物線方程得     ①

設(shè)A、B兩點(diǎn)的坐標(biāo)分別是 、、x2是方程①的兩根.

所以     

由點(diǎn)P(0,m)分有向線段所成的比為,得

又點(diǎn)Q是點(diǎn)P關(guān)于原點(diǎn)的對(duì)稱點(diǎn),故點(diǎn)Q的坐標(biāo)是(0,-m),從而.

               

               

所以 

(Ⅱ)由 得點(diǎn)A、B的坐標(biāo)分別是(6,9)、(-4,4).

由   得 所以拋物線 在點(diǎn)A處切線的斜率為

設(shè)圓C的方程是則

解之得

所以圓C的方程是  即 

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    5.重視應(yīng)用

在歷年的高考試題中,經(jīng)常出現(xiàn)解析幾何的應(yīng)用題,如01年的天津理科試題、03年的上海文理科試題、03年全國(guó)文科舊課程卷試題、03年的廣東試題及江蘇的線性規(guī)劃題等,都是有關(guān)解析幾何的應(yīng)用題.   

例11(04年廣東試題)某中心接到其正東、正西、正北方向三個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的報(bào)告:正西、正北兩個(gè)觀測(cè)點(diǎn)同時(shí)聽到了一聲巨響,正東觀測(cè)點(diǎn)聽到的時(shí)間比其他兩觀測(cè)點(diǎn)晚4s. 已知各觀測(cè)點(diǎn)到該中心的距離都是1020m. 試確定該巨響發(fā)生的位置.(假定當(dāng)時(shí)聲音傳播的速度為340m/ s :相關(guān)各點(diǎn)均在同一平面上)

    解:如圖,以接報(bào)中心為原點(diǎn)O,正東、正北方向?yàn)閤軸、y軸正向,建立直角坐標(biāo)系.設(shè)A、B、C分別是西、東、北觀測(cè)點(diǎn),則A(-1020,0),B(1020,0),C(0,1020)

設(shè)P(x,y)為巨響為生點(diǎn),由A、C同時(shí)聽到巨響聲,得|PA|=|PB|,故P在AC的垂直平分線PO上,PO的方程為y=-x,因B點(diǎn)比A點(diǎn)晚4s聽到爆炸聲,故|PB|- |PA|=340×4=1360

由雙曲線定義知P點(diǎn)在以A、B為焦點(diǎn)的雙曲線上,

依題意得a=680, c=1020,

用y=-x代入上式,得,∵|PB|>|PA|,

    答:巨響發(fā)生在接報(bào)中心的西偏北450距中心處.

(二)05年高考預(yù)測(cè)

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1.難度:解析幾何內(nèi)容是歷年來(lái)高考數(shù)學(xué)試題中能夠拉開成績(jī)差距的內(nèi)容之一,該部分試題往往有一定的難度和區(qū)分度,預(yù)計(jì)這一形式仍將在05年的試題中得到體現(xiàn).此外,從04年分。ㄊ校┟}的情況來(lái)看,在文科類15份試卷(含文理合用的試卷)中,有9分試卷(占3/5)用解析幾何大題作為最后一道壓軸題,預(yù)計(jì)這一現(xiàn)狀很有可能在05年試卷中繼續(xù)重現(xiàn).

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2.命題內(nèi)容:從今年各地的試題以及前幾年的試題來(lái)看,解答題所考查的內(nèi)容基本上是橢圓、雙曲線、拋物線交替出現(xiàn)的,所以,今年極有可能考雙曲線的解答題.此外,從命題所追求的目標(biāo)來(lái)看,小題所涉及的內(nèi)容一定會(huì)注意到知識(shí)的覆蓋,兼顧到對(duì)能力的要求.

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3.命題的熱點(diǎn):

(1)與其他知識(shí)進(jìn)行綜合,在知識(shí)網(wǎng)絡(luò)的交匯處設(shè)計(jì)試題(如與向量綜合,與數(shù)列綜合、與函數(shù)、導(dǎo)數(shù)及不等式綜合等);

(2)直線與圓錐曲線的位置關(guān)系,由于該部分內(nèi)容體現(xiàn)解析幾何的基本思想方法――用代數(shù)的手段研究幾何問(wèn)題,因此該部分內(nèi)容一直是考試的熱點(diǎn),相信,在05年的考試中將繼續(xù)體現(xiàn);

(3)求軌跡方程.

(4)應(yīng)用題.

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四、二輪復(fù)習(xí)建議

    1.根據(jù)學(xué)生的實(shí)際,有針對(duì)性地進(jìn)行復(fù)習(xí),提高復(fù)習(xí)的有效性

    由于解析幾何通常有2-3小題和1大題,約占28分左右,而小題以考查基礎(chǔ)為主、解答題的第一問(wèn)也較容易,因此,對(duì)于全市的所有不同類型的學(xué)校,都要做好該專題的復(fù)習(xí),千萬(wàn)不能認(rèn)為該部分內(nèi)容較難而放棄對(duì)該部分內(nèi)容的專題復(fù)習(xí),并且根據(jù)生源狀況有針對(duì)性地進(jìn)行復(fù)習(xí),提高復(fù)習(xí)的有效性.

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    2.重視通性通法,加強(qiáng)解題指導(dǎo),提高解題能力

    在二輪復(fù)習(xí)中,不能僅僅復(fù)習(xí)概念和性質(zhì),還應(yīng)該以典型的例題和習(xí)題(可以選用04年的各地高考試題和近兩年的各地高考模擬試題)為載體,在二輪復(fù)習(xí)中強(qiáng)化各類問(wèn)題的常規(guī)解法,使學(xué)生形成解決各種類型問(wèn)題的操作范式.?dāng)?shù)學(xué)學(xué)習(xí)是學(xué)生自主學(xué)習(xí)的過(guò)程,解題能力只有通過(guò)學(xué)生的自主探究才能掌握.所以,在二輪復(fù)習(xí)中,教師的作用是對(duì)學(xué)生的解題方法進(jìn)行引導(dǎo)、點(diǎn)撥和點(diǎn)評(píng),只有這樣,才能夠?qū)嵤┯行?fù)習(xí).

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    3.注意強(qiáng)化思維的嚴(yán)謹(jǐn)性,力求規(guī)范解題,盡可能少丟分

    在解解析幾何的大題時(shí),有不少學(xué)生常出現(xiàn)因解題不夠規(guī)范而丟分的現(xiàn)象,因此,要通過(guò)平時(shí)的講評(píng)對(duì)易出現(xiàn)錯(cuò)誤的相關(guān)步驟作必要的強(qiáng)調(diào),減少或避免無(wú)畏的丟分.

例14(04全國(guó)文科Ⅰ)設(shè)雙曲線C:相交于兩個(gè)不同的點(diǎn)A、B.

(I)求雙曲線C的離心率e的取值范圍:

(II)設(shè)直線l與y軸的交點(diǎn)為P,且求a的值.

解:(I)由C與t相交于兩個(gè)不同的點(diǎn),故知方程組

    有兩個(gè)不同的實(shí)數(shù)解.消去y并整理得  

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   (1-a2x2+2a2x-2a2=0.     ①

雙曲線的離心率

    還有,在設(shè)直線方程為點(diǎn)斜式時(shí),就應(yīng)該注意到直線斜率不存在的情形;又如,在求軌跡方程時(shí),還要注意到純粹性和完備性等.

五、參考例題

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例1、若直線mx+y+2=0與線段AB有交點(diǎn),其中A(-2, 3),B(3,2),求實(shí)數(shù)m的取值范圍。

解:直線mx+y+2=0過(guò)一定點(diǎn)C(0, -2),直線mx+y+2=0實(shí)際上表示的是過(guò)定點(diǎn)(0, -2)的直線系,因?yàn)橹本與線段AB有交點(diǎn),則直線只能落在∠ABC的內(nèi)部,設(shè)BC、CA這兩條直線的斜率分別為k1、k2,則由斜率的定義可知,直線mx+y+2=0的斜率k應(yīng)滿足k≥k1或k≤k2, ∵A(-2, 3)  B(3, 2)

∴-m≥或-m≤ 即m≤或m≥

說(shuō)明:此例是典型的運(yùn)用數(shù)形結(jié)合的思想來(lái)解題的問(wèn)題,這里要清楚直線mx+y+2=0的斜率-m應(yīng)為傾角的正切,而當(dāng)傾角在(0°,90°)或(90°,180°)內(nèi),角的正切函數(shù)都是單調(diào)遞增的,因此當(dāng)直線在∠ACB內(nèi)部變化時(shí),k應(yīng)大于或等于kBC,或者k小于或等于kAC,當(dāng)A、B兩點(diǎn)的坐標(biāo)變化時(shí),也要能求出m的范圍。

 

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例2、已知x、y滿足約束條件

求目標(biāo)函數(shù)z=2x-y的最大值和最小值.

解:根據(jù)x、y滿足的約束條件作出可行域,即如圖所示的陰影部分(包括邊界).

作直線:2x-y=0,再作一組平行于的直線:2x-y=t,t∈R.

可知,當(dāng)在的右下方時(shí),直線上的點(diǎn)(x,y)滿足2x-y>0,即t>0,而且直線往右平移時(shí),t隨之增大.當(dāng)直線平移至的位置時(shí),直線經(jīng)過(guò)可行域上的點(diǎn)B,此時(shí)所對(duì)應(yīng)的t最大;當(dāng)在的左上方時(shí),直線上的點(diǎn)(x,y)滿足2x-y<0,即t<0,而且直線往左平移時(shí),t隨之減小.當(dāng)直線平移至的位置時(shí),直線經(jīng)過(guò)可行域上的點(diǎn)C,此時(shí)所對(duì)應(yīng)的t最小.

).

         3x+5y-30=0,

所以,=2×5-3=7;=2×1-=.

 

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例3、 已知⊙M:軸上的動(dòng)點(diǎn),QA,QB分別切⊙M于A,B兩點(diǎn),(1)如果,求直線MQ的方程;

   (2)求動(dòng)弦AB的中點(diǎn)P的軌跡方程.

   解:(1)由,可得由射影定理,得   在Rt△MOQ中,

    故,

    所以直線AB方程是

  (2)連接MB,MQ,設(shè)由

點(diǎn)M,P,Q在一直線上,得

由射影定理得

即 把(*)及(**)消去a,

并注意到,可得

說(shuō)明:適時(shí)應(yīng)用平面幾何知識(shí),這是快速解答本題的要害所在。

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  例4、已知雙曲線的離心率,過(guò)的直線到原點(diǎn)的距離是(1)求雙曲線的方程;

 (2)已知直線交雙曲線于不同的點(diǎn)C,D且C,D都在以B為圓心的圓上,求k的值.

  解:∵(1)原點(diǎn)到直線AB:的距離.

     故所求雙曲線方程為

(2)把中消去y,整理得 .

     設(shè)的中點(diǎn)是,則

    

   

故所求k=±.

說(shuō)明:為了求出的值, 需要通過(guò)消元, 想法設(shè)法建構(gòu)的方程.

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例5、已知橢圓的長(zhǎng)、短軸端點(diǎn)分別為A、B,從此橢圓上一點(diǎn)M向x軸作垂線,恰好通過(guò)橢圓的左焦點(diǎn),向量與是共線向量。

(1)求橢圓的離心率e;

(2)設(shè)Q是橢圓上任意一點(diǎn), 、分別是左、右焦點(diǎn),求∠ 的取值范圍;

解:(1)∵,∴。

∵是共線向量,∴,∴b=c,故。

(2)設(shè)

當(dāng)且僅當(dāng)時(shí),cosθ=0,∴θ。

說(shuō)明:由于共線向量與解析幾何中平行線、三點(diǎn)共線等具有異曲同工的作用,因此,解析幾何中與平行線、三點(diǎn)共線等相關(guān)的問(wèn)題均可在向量共線的新情景下設(shè)計(jì)問(wèn)題。求解此類問(wèn)題的關(guān)鍵是:正確理解向量共線與解析幾何中平行、三點(diǎn)共線等的關(guān)系,把有關(guān)向量的問(wèn)題轉(zhuǎn)化為解析幾何問(wèn)題。

 

 

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