巧思維切入妙技巧類(lèi)比

摘要：涉及圓錐曲線中的離心率問(wèn)題，是歷年高考中的常見(jiàn)考點(diǎn)之一，文章結(jié)合一道模擬題的實(shí)例，發(fā)散思維，多角度切入，類(lèi)比拓展，引領(lǐng)并總結(jié)破解技巧與應(yīng)用．

關(guān)鍵詞：橢圓；離心率；二次函數(shù)；圓；三角

中圖分類(lèi)號(hào)：G632文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1008-0333（2022）28-0101-03

收稿日期：2022-07-05

作者簡(jiǎn)介：廖昕（1990.1-），女，甘肅省蘭州人，碩士，中學(xué)二級(jí)教師，從事高中數(shù)學(xué)教學(xué)研究.

涉及圓錐曲線離心率的求值或取值范圍問(wèn)題，變化多端，破解時(shí)往往思維多樣、策略多變、技巧多樣，解決問(wèn)題時(shí)或一種策略獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷，或多種策略齊心協(xié)力，或另辟蹊徑，合理轉(zhuǎn)化，巧妙破解．

1 問(wèn)題呈現(xiàn)

問(wèn)題如圖1，設(shè)雙曲線C：x2a2-y2b2=1（a>0，b>0）的左、右焦點(diǎn)分別為F1，F(xiàn)2，右頂點(diǎn)為A，M為雙曲線上一點(diǎn)，且∠MF2A=∠MAF2=2∠MF1A，則雙曲線的離心率為.

此題以雙曲線為問(wèn)題背景，通過(guò)雙曲線的兩個(gè)焦點(diǎn)與一個(gè)頂點(diǎn)，以及雙曲線上的一個(gè)點(diǎn)，組成一個(gè)復(fù)合的三角形，利用相關(guān)內(nèi)角之間的相等、倍數(shù)關(guān)系等合理構(gòu)建，進(jìn)而確定雙曲線的離心率的值．

2 問(wèn)題破解

解法1（三角函數(shù)定義+余弦定理法）

因?yàn)椤螹F2A=∠MAF2=2∠MF1A，

則有|AM|=|MF2|=|AF1|=c+a.

結(jié)合雙曲線的定義，可得

|MF1|=2a+|MF2|=3a+c.

而cos∠MAF2=|AF2|2|AM|=c-a2（c+a），

利用余弦定理有

cos∠MAF1=|AM|2+|AF1|2-|MF1|22|AM|·|AF1|

=2（c+a）2-（3a+c）22（c+a）2.

由cos∠MAF2+cos∠MAF1=0，可得

c-a2（c+a）+2（c+a）2-（3a+c）22（c+a）2=0.

整理，得c2-ac-4a2=0.

即e2-e-4=0.

解得e=1±172.

由于e>1，則有e=1+172.

解法2（余弦定理法）

因?yàn)椤螹F2A=∠MAF2=2∠MF1A，

則有|AM|=|MF2|=|AF1|=c+a.

結(jié)合雙曲線的定義，可得

|MF1|=2a+|MF2|=3a+c.

利用余弦定理有

cos∠MF1A=|MF1|2+|AF1|2-|AM|22|MF1|·|AF1|

=|MF1|2+|F1F2|2-|MF2|22|MF1|·|F1F2|.

故（3a+c）2+（c+a）2-（c+a）22（3a+c）（c+a）

=（3a+c）2+（2c）2-（c+a）22（3a+c）×2c.

整理得（c-a）（c2-ac-4a2）=0.

即c2-ac-4a2=0.下同解法1.

解法3（相似三角形法）

因?yàn)椤螹F2A=∠MAF2=2∠MF1A，

則有|AM|=|MF2|=|AF1|=c+a.

結(jié)合雙曲線的定義，可得

|MF1|=2a+|MF2|=3a+c.

如圖2，過(guò)點(diǎn)M作MN⊥x軸，垂足為點(diǎn)N，過(guò)點(diǎn)A作AH⊥MF1，垂足為點(diǎn)H，則有

|AN|=|NF2|=c-a2，|ON|=a+c2.

易得Rt△MF1N∽R(shí)t△AF1H.

可得|NF1||MF1|=|HF1||AF1|.

則有c+a+c23a+c=3a+c2c+a.

整理，得c2-ac-4a2=0.下同解法1.

解法4（勾股定理法）

因?yàn)椤螹F2A=∠MAF2=2∠MF1A，

則有|AM|=|MF2|=|AF1|=c+a.

結(jié)合雙曲線的定義，可得

|MF1|=2a+|MF2|=3a+c.

過(guò)點(diǎn)M作MN⊥x軸，垂足為點(diǎn)N，過(guò)點(diǎn)A作AH⊥MF1，垂足為點(diǎn)H，

則有

|AN|=|NF2|=c-a2，|ON|=a+c2.

利用勾股定理，在Rt△AMN中，可得

|MN|2=|AM|2-|AN|2=（c+a）2-（c-a2）2.

又在Rt△F1MN中，可得

|MN|2=|MF1|2-|NF1|2=（3a+c）2-（c+a+c2）2.

故（c+a）2-（c-a2）2=（3a+c）2-（c+a+c2）2.

整理，得c2-ac-4a2=0.下同解法1.

解法5（二倍角公式法）

因?yàn)椤螹F2A=∠MAF2=2∠MF1A，

則有|AM|=|MF2|=|AF1|=c+a.

結(jié)合雙曲線的定義，可得

|MF1|=2a+|MF2|=3a+c.

過(guò)點(diǎn)M作MN⊥x軸，垂足為點(diǎn)N，則有

|AN|=|NF2|=c-a2，|ON|=a+c2.

而cos∠MF2A=|NF2||MF2|=c-a2（c+a），

cos∠MF1A=|NF1||MF1|=c+a+c23a+c=a+3c2（3a+c），

而∠MF2A=2∠MF1A，結(jié)合二倍角公式可得

c-a2（c+a）=2[a+3c2（3a+c）]2-1.

整理，得c2-ac-4a2=0.下同解法1.

解法6（二倍角三角形性質(zhì)法）

因?yàn)椤螹F2A=∠MAF2=2∠MF1A，

則有|AM|=|MF2|=|AF1|=c+a.

結(jié)合雙曲線的定義，可得

|MF1|=2a+|MF2|=3a+c.

在△MF1F2中，∠MF2A=2∠MF1A，

結(jié)合二倍角三角形性質(zhì)，可得

（3a+c）2=（c+a）（c+a+2c）.

整理，得c2-ac-4a2=0.下同解法1.

3 變式拓展

探究1保留題目創(chuàng)新情境，改變圓錐曲線的類(lèi)型，將原來(lái)的雙曲線問(wèn)題類(lèi)比到橢圓問(wèn)題，保留相關(guān)條件以及角之間的關(guān)系，同樣可以確定橢圓的離心率問(wèn)題，得到以下相應(yīng)的變式問(wèn)題．

變式1設(shè)橢圓C：x2a2+y2b2=1（a>b>0）的左、右焦點(diǎn)分別為F1，F(xiàn)2，右頂點(diǎn)為A，M為橢圓上一點(diǎn)，且∠MF2A=∠MAF2=2∠MF1A，則橢圓的離心率為.

解析因?yàn)椤螹F2A=∠MAF2=2∠MF1A，則有|AM|=|MF2|=|F1F2|=2c.

結(jié)合橢圓的定義，可得

|MF1|=2a-|MF2|=2a-2c.

在△MF1A中，∠MAF2=2∠MF1A，

結(jié)合二倍角三角形性質(zhì)，可得

（2a-2c）2=2c（2c+a+c）.

整理，得c2+5ac-2a2=0.

即e2+5e-2=0，解得e=-5±332.

由于0

探究2保留題目的創(chuàng)新背景，改變題目部分條件，以等腰三角形以及對(duì)應(yīng)的線段長(zhǎng)度等為背景來(lái)創(chuàng)設(shè)，進(jìn)而確定相應(yīng)雙曲線的離心率．

變式2設(shè)雙曲線C：x2a2-y2b2=1（a>0，b>0）的左、右焦點(diǎn)分別為F1，F(xiàn)2，右頂點(diǎn)為A，M為雙曲線右支上一點(diǎn)，|MF1|=5a，若△F2MA是以∠AMF2為頂角的等腰三角形，則雙曲線的離心率為.圖3

解析結(jié)合雙曲線的定義，可得

|MF1|=2a+|MF2|=5a，解得|MF2|=3a.

如圖3，取AF2的中點(diǎn)N，由△F2MA是以∠AMF2為頂角的等腰三角形，可知MN⊥F1F2.

可知|NF1|=3c+a2，|NF2|=c-a2.

利用勾股定理，可得

25a2-（3c+a2）2=9a2-（c-a2）2.

整理，得c2+ca-8a2=0.

即e2+e-8=0，解得e=-1±332.

由于e>1，則有e=33-12.

4 解后反思

4.1 思維發(fā)散，方法歸納

破解以雙曲線為載體的圓錐曲線問(wèn)題，利用圓錐曲線的定義確定相應(yīng)的線段長(zhǎng)度，利用條件中角之間的關(guān)系，可以考慮從解三角形思維、平面幾何思維、三角函數(shù)思維、特殊三角形思維、解析幾何思維以及圓錐曲線的定義思維等來(lái)切入，結(jié)合平面幾何、余弦定理、三角函數(shù)以及距離公式等知識(shí)，歸納相應(yīng)的方法來(lái)分析，達(dá)到解決問(wèn)題的目的．

4.2 探究拓展，能力提升

涉及圓錐曲線的問(wèn)題，可以在一定條件下加以合理類(lèi)比，進(jìn)而挖掘、探究，得到與之相關(guān)的其他問(wèn)題，拓展思維，從而全面提升思維能力、解題能力，提升數(shù)學(xué)品質(zhì)，提高數(shù)學(xué)能力，培養(yǎng)核心素養(yǎng)．

參考文獻(xiàn)：

［1］蔡振樹(shù).圓錐曲線離心率范圍問(wèn)題的常見(jiàn)題型評(píng)析[J].數(shù)理化解題研究，2018（10）：4-5.

[2] 王淼生，黃昌毅.焦點(diǎn)三角形性質(zhì)歸類(lèi)[J].數(shù)學(xué)通訊，2016（16）：41-45.