摘 要:本文以2012年江苏高考理科第19题为例,在前人研究的基础上,笔者进行了进一步地探究和推广,给出了前人结论的新证并得出了两个新结论以及它们的证明,最后对该问题进行了更深入的讨论。

关键词:圆锥曲线;探究和推广;讨论

一、 引言

2012年普通高等学校招生全国统一考试(江苏卷)第19题文对其利用圆锥曲线与直线方程联列求解,将其推广得到:

定理1 在平面直角坐标系xOy中,椭圆x2a2+y2b2=1(双曲线x2a2-y2b2=1)(a>0,b>0)的左右焦点分别是F1(-c,0),F2(c,0)。设A,B是椭圆(双曲线)上位于x轴同侧的两点且直线AF1和直线BF2平行,AF2与BF1交于P点,则PF1+PF2=a2+c2a。

本文对上述定理1给出不同与文的证明,并将定理再做进一步推广,得到:

定理2 在平面直角坐标系xOy中,椭圆(双曲线)的左、右焦点是F1,F2,椭圆(双曲线)的长半轴(实轴)在x轴方向且长为a,短半轴(虚轴)在y轴方向且长为b,半焦距长为c,设A,B是椭圆(双曲线)上位于长半轴(实轴)所在直线的同一侧的两点且直线AF1和直线BF2平行,AF2与BF1交于P点,则PF1+PF2=a2+c2a。

定理3 在平面直角坐标系xOy中,椭圆(双曲线)的左、右焦点是F1,F2,椭圆(双曲线)的长半轴(实轴)长为a,短半轴(虚轴)长为b,半焦距长为c,设A,B是椭圆(双曲线)上位于长半轴(实轴)所在直线的同一侧的两点且直线AF1和直线BF2平行,AF2与BF1交于P点,则PF1+PF2=a2+c2a。

二、 结论的证明(定理均仅给出椭圆的证明,双曲线类似)

1. 定理1的新证

定理1的新证

证明 设AF1=m,BF2=n

因为AF1//BF2,所以nm=PBPF1=2a-n-PF1PF1。

PF1=m(2a-n)m+n,

同理

PF2=n(2a-m)n+m,

PF1+PF2=2a(m+n)-2mnm+n=2a-11m+1n。

下面计算1m+1n的值,设∠AF1F2=θ,

cosθ=4c2+m2-2a-m24cm=ma-b2mc,

同理

cos(π-θ)=na-b2nc,

所以

cosθ=ma-b2mc=-cos(π-θ)=-na-b2nc,

na-b2nc+ma-b2mc=01m+1n=2ab2,

所以

PF1+PF2=a2+c2a。

故定理得证

2. 主要结论的证明

定理2的证明

证明 由题意得,设椭圆的中心在(x0,y0),

椭圆的方程为(x-x0)2a2+(y-y0)2b2=1,

令X=x-x0,Y=y-y0

X2a2+Y2b2=1,

由定理1,得PF1+PF2=a2+c2a。

故定理得证

定理3的证明

证明:以原点O为原点O′,

以椭圆长轴所在直线上侧为x′轴正方向,

以短轴所在直线左侧为y′轴正方向,

设∠x′ox=θ,于是将xoy坐标系逆时针旋转θ,

即可变成x′oy′坐标系,

在x′oy′坐标系中设椭圆的中心是(x0′,y0′),

则椭圆的方程为

(x-x0′)2a2+(y-y0′)2b2=1,

再由定理2,得PF1+PF2=a2+c2a。

故定理得证

3. 讨论

笔者参考文,其给出了江苏高考题的三种不同的解法,分别是利用焦半径、极坐标、参数方程来解决问题。受此启发给出了定理一的新证。联想到图形变换的思想,将图形平移,旋转以后该性质是否依然成立,经过一系列的探究发现无论椭圆(双曲线)的中心在哪个位置,无论长半轴(实轴),短半轴(虚轴)位于什幺方向,PF1+PF2都是定值。

参考文献:

[1]崔北祥.五年高考真题汇编理科数学[M].合肥:安徽教育出版社,2015.

[2]郑良.2012年高考数学江苏卷第19题的推广及教学启示[J].中学数学研究,2013(4).

[3]朱红喜.2012年高考数学江苏卷解析几何别解[J].中学数学(高中版),2012,09.

作者简介:

陈佳佳,安徽省芜湖市,安徽师范大学数学计算机科学学院。