对2022年上海高考数学第20题的思考

⦿上海市七宝中学 李佳伟 李 霞 管恩臣

圆锥曲线是解析几何的核心内容,是高中数学的重点、难点,也是高考命题的热点之一.根据考纲的要求,理科对椭圆、抛物线的概念、标准方程、几何性质的要求属于掌握的内容,对双曲线是了解的内容;
文科只对椭圆是掌握的内容,对双曲线、抛物线是了解的内容.纵观福建近几年的高考也可以看出这一点,椭圆是高考必考的内容,其次是抛物线,考得最少的是双曲线.其中,最值问题可以涉及中学数学各个内容的方方面面,它在高考中的地位十分突出.最值问题可以以各种知识作为背景进行考查,涉及高中数学主干知识与方法,要求考生有扎实的数学基本功及良好的数学思维能力.由此可以理解有关椭圆的最值问题在高考中的重要地位.而椭圆的参数方程因为其特点,可以把圆锥曲线的最值问题中复杂的计算转化成三角函数最值问题,从而可以大大减少计算过程和强度,是解决椭圆最值问题一个很重要且很巧妙的手段.下面笔者结合2022年上海高考数学第20题,分析参数方程在最值问题中的巧妙应用.

图1

(1)若a=2,AM的中点在轴上,求点M的坐标;

(3)若Γ上存在点P到直线l的距离为d,且满足d+|PF1|+|PF2|=6,当a变化时,求d的最小值.

分析:本题第(2)问利用直角三角形中三角比的定义能够得到a与b的关系,从而求出b的值;
第(3)问的难点在于如何选参数,主要有以下几种途径.①构建点P含参数的轨迹方程;
②设点P含参数的坐标;
③设直线l′含参数的方程.

第(3)问的思维导图如图2所示.

图2

试题解答:

(1)由题意,得c2=2,b2=2.

另外,本题第(3)问还有如下两种解法.

设P(acosθ,bsinθ),则

解法二:(设直线l′含参数的方程)当椭圆Γ在点P处的切线l′与直线l平行时,点P到直线l的距离d最大或最小,设此时切线l′方程为x+y+m=0.

2(a2-1)x2+2a2mx+a2(m2-a2+2)=0.

由Δ=0,得m2=2(a2-1).

从以上的解答过程可以看到,利用参数法求解,其计算量远远小于常规方法的计算量,从而提高答题的正确率.因此,在解决相关椭圆的最值问题时,可以优先考虑参数法.

解:如图3,设椭圆Γ的右焦点为P(2,0),点M在椭圆Γ的内部,直线MP与椭圆Γ交于A,B两点,则由椭圆定义可得|NF|+|NM|=8+|NM|-|NP|.

图3

由三角形的性质,得

-|MP|≤|NM|-|NP|≤|MP|.

点评:变式2直接运用代数法难度较大,考虑到F是椭圆的左焦点,联想椭圆的定义,设右焦点为P,得到|NF|+|NM|=8+|NM|-|NP|,然后再利用三角形的性质解决,体现了借助椭圆定义与平面几何知识解题的特点.

图4

解:由题意,得直线AM的方程为x-2y+4=0.

设直线PQ的方程为x-2y+t=0,与椭圆Γ的方程联立,可得4x2+2tx+t2-48=0.

由Δ=4t2-16(t2-48)>0,得-8

点评:先借助弦长公式、两条平行线间的距离公式、勾股定理等求出|QN|2,然后再运用二次函数的性质求解,体现了函数思想.

图5

又A(-4,0),所以直线AP的方程为

设B为直线x=-6与x轴的交点,则

点评:变式4属于多动点问题,由于P,Q两点的运动引起了点M,N的运动,因此将P设为主动点,以其坐标为参变量表示出S△APQ+S△AMN,最后借助基本不等式求得最值,体现了基本不等式的工具作用.

通过以上问题的解决,可以得到求解这类最值的两种常用思路:①从图形入手,借助椭圆的定义、三角形的性质等平面几何知识来分析;
②选定参变量,表示出所求的几何(或代数)量,然后根据解析式的特点,借助导数、基本不等式、函数与三角函数的性质等知识来处理.

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