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高三数学参数法

2008年二轮复习高中数学方法讲解:4、参数法在解题过程中,通过适当引入一些与题目研究的数学对象发生联系的新变量(参数),以此作为媒介,再进行分析和综合,从而解决问题的方法叫参数法是指。

直线与二次曲线的参数方程都是用参数法解题的例证。

换元法也是引入参数的典型例子。

辨证唯物论肯定了事物之间的联系是无穷的,联系的方式是丰富多采的,科学的任务就是要揭示事物之间的内在联系,从而发现事物的变化规律。

参数的作用就是刻画事物的变化状态,揭示变化因素之间的内在联系。

参数体现了近代数学中运动与变化的思想,其观点已经渗透到中学数学的各个分支。

运用参数法解题已经比较普遍。

参数法解题的关键是恰到好处地引进参数,沟通已知和未知之间的内在联系,利用参数提供的信息,顺利地解答问题。

若动点P(x,y)的坐标x与y之间的关系不易直接找到,而动点变化受到另一变量的制约,则可求出x、y关于另一变量的参数方程,再化为普通方程.例1. [00.北京、安徽春招]设点A和B为抛物线 y2=4px(p>0)上原点以外的两个动点,已知OA⊥OB,OM⊥AB,求点M的轨迹方程,并说明它表示什么曲线.解法一:设A(x1,y1),B(x2,y2),M(x,y)依题意,有⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧--=---=--⋅-=⋅==112121212122112221211144x x y y x x y y x x y y x y x y x y px y px y①-②得(y 1-y 2)(y 1+y 2)=4p(x 1-x 2) 若x 1≠x 2,则有2121214y y px x y y +=-- ⑥①×②,得y 12·y 22=16p 2x 1x 2③代入上式有y 1y 2=-16p 2 ⑦ ⑥代入④,得yxy y p -=+214 ⑧⑥代入⑤,得py x y y x x y y y y p442111121--=--=+所以211214)(44y px y y p y y p --=+ 即4px -y 12=y(y 1+y 2)-y 12-y 1y 2⑦、⑧代入上式,得x 2+y 2-4px=0(x ≠0) 当x 1=x 2时,AB ⊥x 轴,易得M(4p,0)仍满足方程.故点M 的轨迹方程为x 2+y 2-4px=0(x ≠0)它表示以(2p,0)为圆心,以2p 为半径的圆,去掉坐标原点.解法二:设M(x,y),直线AB 的方程为y=kx+b 由OM ⊥AB ,得k=-yx① ②③ ④ ⑤由y 2=4px 及y=kx+b ,消去y,得k 2x 2+(2kb -4p)x+b 2=0 所以x 1x 2=22kb ,消x,得ky 2-4py+4pb=0所以y 1y 2=kpb 4,由OA ⊥OB ,得y 1y 2=-x 1x 2所以k pk4=-22kb ,b=-4kp故y=kx+b=k(x -4p),用k=-yx 代入,得x 2+y 2-4px=0(x ≠0) 故动点M 的轨迹方程为x 2+y 2-4px=0(x ≠0),它表示以(2p,0)为圆心,以2p 为半径的圆,去掉坐标原点.例2.实数a 、b 、c 满足a +b +c =1,求a 2+b 2+c 2的最小值。

【分析】由a +b +c =1 想到“均值换元法”,于是引入了新的参数,即设a =13+t 1,b =13+t 2,c =13+t 3,代入a 2+b 2+c 2可求。

【解】由a +b +c =1,设a =13+t 1,b =13+t 2,c =13+t 3,其中t 1+t 2+t 3=0,∴ a 2+b 2+c 2=(13+t 1)2+(13+t 2)2+(13+t 3)2=13+23(t 1+t 2+t 3)+t 12+t 22+t 32=13+t 12+t 22+t 32≥13所以a 2+b 2+c 2的最小值是13。

【注】由“均值换元法”引入了三个参数,却将代数式的研究进行了简化,是本题此种解法的一个技巧。

例3.椭圆x 216+y 24=1上有两点P 、Q ,O 为原点。

连OP 、OQ ,若k OP ·k OQ =-14,①.求证:|OP|2+|OQ|2等于定值; ②.求线段PQ 中点M 的轨迹方程。

【分析】由“换元法”引入新的参数,即设xy==⎧⎨⎩42cossinθθ(椭圆参数方程),参数θ1、θ2为P、Q两点,先计算kOP·kOQ得出一个结论,再计算|OP|2+|OQ|2,并运用“参数法”求中点M的坐标,消参而得。

【解】由x 216+y24=1,设xy==⎧⎨⎩42c o ss i nθθ,P(4cosθ1,2sinθ1),Q(4cosθ2,2sinθ2),则kOP ·kOQ=2411sincosθθ∙2422sincosθθ=-14,整理得到:cosθ1 cosθ2+sinθ1sinθ2=0,即cos(θ1-θ2)=0。

∴ |OP|2+|OQ|2=16cos2θ1+4sin2θ1+16cos2θ2+4sin2θ2=8+12(cos2θ1+cos2θ2)=20+6(cos2θ1+cos2θ2)=20+12cos(θ1+θ2)cos(θ1-θ2)=20,即|OP|2+|OQ|2等于定值20。

由中点坐标公式得到线段PQ的中点M的坐标为x y MM=+ =+⎧⎨⎩21212(cos cos)sin sinθθθθ,所以有(x2)2+y2=2+2(cosθ1cosθ2+sinθ1sinθ2)=2, 即所求线段PQ的中点M的轨迹方程为x28+y22=1。

【注】由椭圆方程,联想到a2+b2=1,于是进行“三角换元”,通过换元引入新的参数,转化成为三角问题进行研究。

本题还要求能够熟练使用三角公式和“平方法”,在由中点坐标公式求出M点的坐标后,将所得方程组稍作变形,再平方相加,即(cosθ1+ cosθ2)2+(sinθ1+sinθ2)2,这是求点M轨迹方程“消参法”的关键一步。

一般地,求动点的轨迹方程运用“参数法”时,我们可以将点的x 、y 坐标分别表示成为一个或几个参数的函数,再运用“消去法”消去所含的参数,即得到了所求的轨迹方程。

例4.已知正四棱锥S —ABCD 的侧面与底面的夹角为β,相邻两侧面的夹角为α,求证:cos α=-cos 2β。

【分析】要证明cos α=-cos 2β,考虑求出α、β的余弦,则在α和β所在的三角形中利用有关定理求解。

【解】连AC 、BD 交于O ,连SO ;取BC 中点F ,连SF 、OF ;作BE ⊥SC 于E ,连DE 。

则∠SFO =β,∠DEB =α。

设BC =a (为参数), 则SF =OF cos β=a2cos β, SC =SF FC 22+=(cos )()a a 2222β+ =a 2cos β12+cos β又 ∵BE =SF BC SC·=a 22cos β⨯1212acos cos ββ+=a 12+cos β在△DEB 中,由余弦定理有:cos α=22222BE BD BE -=2122122222⨯+-⨯+a a a cos cos ββ=-cos 2β。

D CO F A B所以cos α=-cos 2β。

【注】 设参数a 而不求参数a ,只是利用其作为中间变量辅助计算,这也是在参数法中参数可以起的一个作用,即设参数辅助解决有关问题。

例5 .[94.上海]设椭圆中心为原点O ,一个焦点为F (0,1),长轴和短轴的长度之比为t . (A )求椭圆的方程;(2)设经过原点且斜率为t 的直线与椭圆在y 轴右边部分的交点为Q ,点P 在该直线上,且12-=t t OQOP ,当t 变化时,求点P 的轨迹方程,并说明轨迹是什么图形.解:(1)设所求椭圆方程为 ).0(12222>>b a bx a y =+由题意得⎪⎩⎪⎨⎧==-,,122t b a b a 解得 ⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧-=-=.11.122222t b t t a 所以椭圆方程为222222)1()1(t y t x t t =-+-.(2)设点),,(),,(11y x Q y x P 解方程组⎩⎨⎧==-+-,,)1()1(1122122122tx y t y t x t t得 ⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧-=-=.)1(2,)1(212121t t y t x 由12-=t t OQOP 和1x x OQOP =得⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧-=-=⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧==,2,2,2222ty t x t y t x 或其中t >1.消去t ,得点P 轨迹方程为)22(222>=x y x 和)22(222-<-=x y x . 其轨迹为抛物线y x 222=在直线22=x 右侧的部分和抛物线y x 222-=在直线22-=x 在侧的部分. 巧解练习:1. 设2x =3y =5z >1,则2x 、3y 、5z 从小到大排列是________________。

2. 直线x t y t=--=+⎧⎨⎪⎩⎪2232上与点A(-2,3)的距离等于2的点的坐标是________。

4. 三棱锥的三个侧面互相垂直,它们的面积分别是6、4、3,则其体积为______。

6. 椭圆x 216+y 24=1上的点到直线x +2y -2=0的最大距离是_____。

A. 3B. 11C. 10D. 22 【简解】1小题:设2x =3y =5z =t ,分别取2、3、5为底的对数,解出x 、y 、z ,再用“比较法”比较2x 、3y 、5z ,得出3y<2x<5z ; 2小题:A(-2,3)为t =0时,所求点为t =±2时,即(-4,5)或(0,1);4小题:设三条侧棱x 、y 、z ,则12xy =6、12yz =4、12xz =3,所以xyz =24,体积为4。

6小题:设x =4sin α、y =2cos α,再求d =|sin cos |4425αα+-的最大值,选C 。

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