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高中数学|斜率之积等于离心率的相反数:椭圆定点题的"设线方式"升级

高中数学|斜率之积等于离心率的相反数:椭圆定点题的"设线方式"升级

靖競|高中数学
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01导语

前几日的定点定值题,动直线都是”明设”的——题目直接给一条动线。今天这道反过来:题目给的是两个斜率之间的约束(乘积恰好等于离心率的相反数),让直线自己在约束里现形。这类”由条件反推动线”的题,设线方式要升级一档:用x=my+n把竖直线也一网打尽,再把两处”伪解”逐一请出去。定点藏在x轴上一个很不起眼的位置。

02原题

已知椭圆的短轴长为,左顶点A到右焦点F的距离为3.

1.求椭圆C的方程;

2.设直线l与椭圆C交于不同两点M,N(不同于A),且直线AM和AN的斜率之积与椭圆的离心率互为相反数,求证:l经过定点.

答案

1.;(2)l恒过定点,证明见解析.

03解析

第一问:两个条件、两个未知数。

短轴长,得;左顶点A(−a,0)到右焦点F(c,0)的距离是a+c=3.于是

联立a+c=3得a=2,c=1:

第二问的约束翻译过来就是,目标是证明动直线l过定点。

设线方式升级:x=my+n一步到位。如果设y=kx+m,竖直线(M、N上下对称的那种弦)就漏掉了,还要补一段讨论;直接设

竖直线不过是m=0的特例,全程不需要分类.设M(x₁,y₁),N(x₂,y₂),代入3x²+4y²=12:

(3m²+4)y²+6mny+3n²−12=0,

把斜率之积写成分式:x₁=my₁+n,故x₁+2=my₁+(n+2),

分母展开是重头戏:m²y₁y₂+m(n+2)(y₁+y₂)+(n+2)²——代入韦达两式后,m²n²、m²、m²n各路人马逐项相消,只剩

(这些相消不是运气:分母只由直线与A的相对位置决定,与倾斜方式m无关——结构在保护答案。)于是

约束条件落账:令其等于:

两处伪解逐一请出去:

•n=−2:直线x=my−2恒过(−2,0),正是顶点A——此时l与椭圆的交点中必含A,与”M,N不同于A“矛盾,舍;

•:直线,无论m取何值都恒过定点

补一刀水平线:x=my+n盖不住水平线y=c(c≠0),单独验证——两交点横坐标互为相反数,,于是,与不符,水平线天然不满足条件(c=0即x轴,交点含A,同样排除)——不在约束内的直线不需要它过定点,逻辑闭环。

最后回检:在椭圆内部(),过它的直线与椭圆必交于两点且判别式恒正,M、N存在性无虞;定点在A与右顶点之间、离原点很近——一个不抢戏的位置。

04思维升华

其一,“斜率之积为定值”的定点题,设线首选x=my+n。斜率往分母里躲的设法(x=my+n)把竖直线收编成m=0,省掉一整段分类讨论;本题分母展开后m的各路项逐项湮灭,正是这种设法带来的结构红利。

其二,解出两根后,“舍根”要有罪名。n=−2的解不是算错,而是违反题设——直线过A导致交点含A.定点题里每个被舍掉的根都要写明违反了哪条前提,这是证明严谨性的分水岭;同样,水平线不满足约束所以无需过定点,一句话补上逻辑闭环。

其三,−e这个条件不是白给的。若斜率之积是,定点恰好是对顶点(2,0)(经典结论);今天乘积是,数值变了,定点便从顶点滑到了——定点位置由乘积的取值决定。孩子可以自己算一遍”若积为−q,定点在哪”,把这类题做成一条参数化的小地图。

回到本题:约束把动直线捆在上,直线们便乖乖排成一队,全部穿过——条件是绳,定点是桩。

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