張自鶴
轉化和化歸思想是高中數(shù)學中最重要的思想方法,恰當?shù)馗鶕?jù)問題的條件選擇解題策略,合理地轉化解題方向是數(shù)學學習的重要任務.本文以圓錐曲線中最值問題的解法為例,探討在解決圓錐曲線中的最值問題中如何恰當選擇解題策略,合理轉化解題方向.
圓錐曲線中的最值問題是解析幾何中常見的問題,是高考的熱點問題,也是難點問題之一,解決這類問題的常用策略主要有:圓錐曲線定義轉化法、切線法、參數(shù)法、函數(shù)法和基本不等式法.
策略一:圓錐曲線定義轉化法
圓錐曲線定義轉化法就是根據(jù)網(wǎng)錐曲線的定義,把所求的最值問題轉化為平面上兩點之間的距離、點到直線的距離等等,這是求圓錐曲線最值問題的基本方法,其關鍵是用好圓錐曲線的定義.
例1 已知拋物線y=2x的焦點是F,點P是拋物線上的動點,又有點A(3,2),求|PA|+|PF|的最小值,并求出取最小值時點P的坐標.
分析 由定義知,拋物線上點P到焦點F的距離等于點P到準線l的距離d,從而求|PA|+|PF|的問題可轉化為求|PA|+d的問題.
評注 圓錐曲線的定義是解決解析幾何問題的重要指導思想,用定義轉化法求最值,特別適合求與曲線上的點到焦點距離有關的問題,其根據(jù)就是橢網(wǎng)或雙曲線上的點到兩焦點之間有著固定的規(guī)律,以及拋物線上任意一點到準線的距離與到焦點的距離相等.
策略二:參數(shù)法
參數(shù)法就是根據(jù)曲線方程的特點,用適當?shù)膮?shù)表示曲線上的點的坐標,把所求最值問題歸結為求解關于這個參數(shù)的函數(shù)最值的問題,這種方法的要點是選取合適的參數(shù)表示曲線上點的坐標.
評注 解析幾何中的圓、橢圓、雙曲線上的動點都可以以角為參數(shù)來表示,拋物線上的動點則可以以一個變量為參數(shù),從而把問題轉化為利用求三角函數(shù)或變量表示的函數(shù)的最值的方法來求解解析幾何的最值問題.
策略三:切線法
當所求的最值是圓錐曲線上的點到某條直線(或直線上的點)的距離的最值時,可以通過作與這條直線平行的圓錐曲線的切線,則兩平行線之間的距離就是所求的最值,切點就是曲線上取得最值的點,這種方法就是切線法.
分析 曲線上的點到直線的距離通常都可以轉化為點點距、點線距或線線距來完成,本題可通過直線逼近做切線,把問題轉化為線線距來完成.
評注 切線法的基本思想是數(shù)形結合,在使用切線法時要注意面出草圖,根據(jù)圖形大致確定何時取得最值.
策略四:基本不等式法
基本不等式法就是先將所求的最值用變量表示出來,再利用基本不等式求這個表達式的最值.基本不等式法是求圓錐曲線中最值問題時應用最為廣泛的一種方法.
分析 (l)依條件,構建關于p,t的方程;
(2)建立直線AB的斜率k與線段AB中點坐標間的關系,并表示弦AB的長度,把問題轉化為函數(shù)問題,運用函數(shù)的性質(zhì)或基本不等式求d的最大值.
評注 利用基本不等式法求最值的關鍵是用合適的變量表示出所求的目標,然后利用基本不等式求得這個目標函數(shù)的最值,在使用基本不等式求最值時要特別注意使用條件,特別是等號能不能取到以及所建立的目標函數(shù)中的變量受什么因素的制約等.
策略五:函數(shù)法
函數(shù)法就是先把所求的最值表示為關于某個變量的函數(shù),然后通過研究這個函數(shù)的最值來求出所要的最值,這是求解各類最值問題最為普遍的方法,其關鍵是建立函數(shù)關系式.
(2)因為A,B為定點,所以|AB|為定值,所以當點P到直線的距離d最大時,△ABP的面積最大,故問題轉化為只需求點P到直線的距離d最大即可,同時還要注意當動點P從A到B運動時,動點P的坐標受限制,故在求最值要考慮坐標的取值范圍.
解析 (l)由題意可求得直線l的方程為:y=2x-2,拋物線C的方程為:x=-2y.此處不再贅述.
評注 函數(shù)法是高中數(shù)學中廣為應用的一種方法,用這種方法求圓錐曲線中的最值問題時,關鍵是要選用一個適當?shù)淖兞?,先用這個變量來表達要解決的問題,這個變量通常選用直線的斜率、截距、點的坐標等,同時還要特別注意所建立的函數(shù)關系式中自變量的取值范圍,這些范圍就決定了函數(shù)的最值,在解題時要予以充分的考慮.
圓錐曲線中的最值問題,綜合性強,運算量大,對學生的思維要求高,要根據(jù)題目條件恰當選擇解題策略,合理轉化解題方向.解決這類問題時要注意運用數(shù)形結合、合理轉化等方法,將問題轉化到我們常見的解題通性通法上來,其中最基本、最常用的策略是要根據(jù)題意,恰當?shù)亟柚兞拷⑵鸷瘮?shù)關系,然后借助求函數(shù)最值的方法來解決圓錐曲線的最值問題.