傅建红

圆锥曲线的定义是对圆锥曲线本质特征的深刻揭示,利用它来解决与圆锥曲线焦点或准线相关的问题时,常可优化解题思路,化难为易、变繁为简.本文利用定义探讨圆锥曲线中形如“PA±PB(其中P为圆锥曲线上的动点,A,B为‘给定的两点)”形式的几何最值问题,针对A,B两点的不同“给定”,分如下三种情形予以说明,供参考.

A,B两点均为动点

例1 如图1,点P在曲线C1:+=1上,点A在曲线C2:(x-8)2+y2=1上,点B在曲线C3:(x+8)2+y2=1上,则PA+PB的最小值是________.

破解 如图1,由于P,A,B三点均为自由动点,所以(PA+PB)min=PAmin+PBmin. 先将P点“固定”(暂时看做定点),则当A点在圆C2上运动时,易知PAmin=PC2-1,同理PBmin=PC3-1,所以(PA+PB)min=PC2+PC3-2. 注意到两圆的圆心C2,C3恰为椭圆C1的左、右焦点,由椭圆的第一定义知:PC2+PC3=2a=20(不论P点如何运动),所以PA+PB的最小值是18.

变式1 如图2,点P在曲线C1:-=1上,点A在曲线C2:(x-5)2+y2=1上,点B在曲线C3:(x+5)2+y2=1上,则PA-PB的最大值是_____.

破解 如图2,由于P,A,B三点均为自由动点,所以(PA-PB)max=PAmax-PBmin. 先将P点“固定”(暂时看做定点),则当A点在圆C2上运动时,易知PAmax=PC2+1,同理PBmin=PC3-1,所以(PA-PB)max=PC2-PC3+2.

注意到两圆的圆心C2,C3恰为椭圆C1的左、右焦点,由双曲线的第一定义知:当P点在双曲线左支上时,PC2-PC3=2a=8(不论P点如何运动),所以PA-PB的最大值是10.

点评 例1与变式1均涉及圆锥曲线上一动点与两已知曲线(圆)上动点的距离之和(差)的最值问题. 解决此类多动点问题的方法是“局部固定、动静转换”,即先将某一动点“固定”,求出其他动点运动时的最值情形,然后“恢复”固定点作为动点的“本质”,对已求出的最值继续求最值,即可解决.

本情形由于PC2-PC3为定值,故实际只求了一次最值.

链接 设P为圆C上动点,A为圆外一定点,直线AC与圆C依次交于E,F两点(E在A,C之间),则APmax=AF=AC+r,APmin=AE=AC-r(其中r为圆C的半径).

A,B两点一定一动

例2 如图3,点P是抛物线y2=4x上的一点,A为抛物线的焦点,B在圆C:(x-4)2+(y-1)2=1上,则PA+PB的最小值为________.?摇

破解 如图3,过P点作抛物线的准线l的垂线,垂足为H,由抛物线的定义知PA=PH. 易知圆C在抛物线的内部,先固定抛物线上的P点,则当B在圆上运动时,易知PBmin=PC-1,从而当P运动到C,P,H三点共线时,PA+PB的最小值为4.

变式2 如图4,设B为圆C:x2+y2+6x+8y+21=0上任意一点,抛物线y2=8x的准线为l,若抛物线上任意一点P到直线l的距离为m,则m+PB的最小值为________.

破解 如图4,设抛物线的焦点为A,由抛物线的定义知m=PA,所求m+PB=PA+PB. 先固定抛物线上的P点,则当B在圆上运动时,易知PBmin=PC-2,从而当P运动到C,P,A三点共线时,m+PB的最小值为AC-2=-2.

点评 例2与变式2均涉及抛物线上一动点与一已知曲线(圆)上动点及一定点(焦点)的距离之和的最值问题. 解决此类问题的方法仍是“局部固定、动静转换”,即先“固定”P点,对B点的运动求最小值,然后“释放”P点,对已求出的最小值整体再求最小值,即(PA+PB)min=(PA+PBmin)min. 具体求最值时,除了利用抛物线定义,将动点到焦点的距离与其到准线的距离进行转化以外,还需结合几何最值的方法,方可最终解决.

A,B两点均为定点

例3 如图5,已知A(1,-3)为椭圆+=1内一点,B为椭圆的右焦点,P为椭圆上一动点,则PA+PB的最大值与最小值分别为________.

破解 如图5,设椭圆的左焦点为B1,由椭圆定义可得PA+PB=PA+2a-PB1=2a+PA-PB1. 因为PA?摇-PB1?摇≤AB1,所以-AB1≤PA-PB1≤AB1. 因为2a=10,AB1=5,所以当椭圆上P点运动到线段AB1的延长线上时,(PA+PB)max=15;而当P点运动到B1A的延长线上时,(PA+PB)min=5.

变式3 如图6,已知点A(3,8)为椭圆+=1外一点,B为椭圆的左焦点,P为椭圆上一动点,则PA-PB的最大值与最小值为________.

破解 如图6,因为A点在椭圆外,所以当椭圆上P点运动到AB的延长线上时,(PA-PB)max=AB=10. 设椭圆的右焦点为B1,由椭圆定义可得PA-PB=PA-(2a-PB1)=PA+PB1-2a,则当P点运动到线段AB1上时,(PA+PB1)min=AB1=8,所以(PA-PB)min=-2.

点评 例3与变式3均涉及圆锥曲线上一动点与两定点(其中一个为焦点)距离之和(差)的最值问题.此类问题的求解通常可分两种类型:(1)先利用定义,将动点到一个焦点的距离与其到另一个焦点的距离进行转化,然后利用几何最值法最终解决(如例3和变式3中差的最小值);(2)在求和的最小值或差的最值(最大或最小)时,有时可不经定义转化,直接使用几何最值法(如变式3中差的最大值),具体属于哪一类型,应视定点在圆锥曲线内、外的给定情况而定.

链接 设A,B为两定点,P为一动点,则当P点在线段AB的延长线上时,(PA-PB)max=AB;当P点在线段BA的延长线上时,(PA-PB)min=-AB.

综上可知,对于形如“PA±PB”形式的几何最值问题,不论A,B的“给定”情况如何,只要涉及焦点或准线,就可尝试使用定义法来解决. 以下两点对于解题至关重要:

(1)在涉及多个动点时,可采用“以静制动”的策略,将动点分批处理、各个击破;

(2)在涉及圆外一点与圆上动点的距离时,可把圆上动点转化为定点(圆心)来解决. 当然,问题的最终解决离不开几何最值法(如上链接)的协助. 最后值得一提的是,上述形式的几何最值问题中,只使用了圆锥曲线的第一定义,但当涉及形如“PA+PB(e为圆锥曲线的离心率)”形式的最值问题时,则可尝试使用第二定义来解决,本文在此不再赘述.