通过类比联想引申拓展【一道轨迹试题的引申与拓展】

  在平常的学习中,我们不乏周而复始、简单重复的解题训练.其实很多习题,都是一些值得研究的好题.这些试题犹如一颗抛进平静湖面的小石子,若不加以好好利用,很快就消失于深邃的湖底.若能引申拓展,研究性地进行学习,往往可以成为引领我们拓展思维和认识规律的璀璨明珠.
  下面以一道极其平常的轨迹试题为例,引导大家对问题进行一系列的引申与拓展,学会类比思维的方法,体会不同知识间的相互联系,了解命题者的其中一种命题思路.
  问题:已知圆B:(x+1)2+y2=16及点A(1,0),C为圆B上任意一点,线段AC的垂直平分线与线段CB交于点D,求交点D的轨迹G方程.
  分析:此题难度不大,利用求轨迹方程的几何法,易得|DB|+|DA|=4,根据椭圆的定义立得所求轨迹方程为+=1.
  但若到此为止,大家总觉得浅尝辄止.由于所得的轨迹为椭圆,考虑到直线和椭圆的位置关系,是圆锥曲线乃至高考的重点内容,因此,何不借此机会加以适当的引申与拓展呢!为此,在原题的基础上,我们可设计如下问题:
  引申1:若直线y=x与轨迹G交于第一象限内的一点E,求轨迹G在点E的切线方程.
  解析:由y=
  x,
  +=1,得E(1,).分析可知过点E的切线的斜率必存在,故可设过E点的切线方程为y-=k(x-1),与椭圆方程+=1联立,可得k=-,故所求的切线方程为y=-x+2.
  同学们,不知你们发现没有:切线方程y=-x+2正好是将点E(1,)的坐标代入椭圆方程+=1化简所得.于是我们可类比“过圆x2+y2=r2上一点(x0,y0)的切线方程为x0x+y0y=r2”的结论,猜想过椭圆上的一点的切线方程是否也有类似的结论?便可顺水推舟,对问题拓展如下:
  拓展1:过椭圆+=1(a>b>0)上一点M(x0,y0)的切线方程为+=1.
  证明:对椭圆方程+=1两边求导,得+·y′=0,得y′=-,故与椭圆相切于点M(x0,y0)的切线斜率为k=-,得切线方程为y-y0=-(x-x0),化简并把+=1代入,得过椭圆上一点M(x0,y0)的切线方程为+=1.
  同学们,椭圆有此结论,你会运用类比,联想“双曲线和抛物线也有类似的结论吗?”于是,很自然地会转入对以下结论的研究.
  拓展2:过双曲线-=1(a>0,b>0)上一点M(x0,y0)的切线方程为-=1.
  拓展3:(1)过抛物线y2=2px(p>0)上一点M(x0,y0)的切线方程为y0y=p(x+x0).
  (2)过抛物线y=ax2+bx+c(a≠0)上一点M(x0,y0)的切线方程为=ax0x++c.
  证明留给同学们自行完成。
  讲到这里,我估计同学们已经比较满意.但作为老师的我,总觉得尤兴未尽,能不能再将原题进行引申,以加深试题的难度和思维的空间呢!同学们,我们还可设计下面的问题:
  引申2:设M(x0,y0)为轨迹G上任意一点,过M点的切线与椭圆H:+=1交于P、Q两点,椭圆H在P、Q两点的切线交于点R,求点R的轨迹方程.
  解析:设椭圆G上任一点M的坐标为(x0,y0),则lPQ:+=1……①
  又设P(x1,y1),Q(x2,y2),R(xR,yR),则过点P、Q的两切线方程分别为+=1,+=1.又此两切线的交点为R,则有+=1,+=1.
  由于两点确定唯一的直线,因此lPQ又可表示为+=1……②,结合①式有:=,=.
  又因为+=1,消去x0,y0,化简可得+=1,即为两切线交点R的轨迹方程.
  真是太妙了!过椭圆上一点的切线与外椭圆交于两点,再过此两点作外椭圆的切线,两切线交点的轨迹还是一个椭圆.
  同学们,你觉得这是一个偶然的巧合吗?能有一般的结论吗?
  拓展4:已知两椭圆C1、C2,且C1在C2的内部,设内椭圆C1的方程为+=1(m>n>0),外椭圆C2的方程为+=1(a>b>0),过椭圆C1上任一点M作C1的切线交椭圆C2于P、Q两点,过P、Q作椭圆C2的切线,则两切线交点R的轨迹还是一个椭圆.如此继续,便形成了一个椭圆系.
  证明:设椭圆C1上任一点M的坐标为(x0,y0),则lPQ:+=1……③
  又设P(x1,y1),Q(x2,y2),R(xR,yR),则过点P、Q的两切线方程分别为+=1,+=1.又此两切线的交点为R,则有+=1,+=1.
  因此,lPQ又可表示为+=1……④,结合③式可知=,=.
  又因为+=1,消去x0,y0,化简可得+=1,即为两切线交点R的轨迹方程.
  同学们,根据刚才的研究思路,聪明的你还能提出类似的问题吗?
  同学们,解题不在于多,关键在于我们能否抓住问题,进行研究性学习,以拓宽我们的思路与视野。陷入茫茫的题海,只会压制我们的创新思维。在今后的学习中,愿我们一起能深入探究每一个例题、习题的潜在功能,多一些引申与拓展,开展研究性学习,提高问题的探究能力.
  (作者单位:浙江省绍兴县柯桥中学)
  责任编校 徐国坚

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