从高考解几题谈求参数取值范围的九个背景解析几何中确定参数的取值范围是一类转为常见的探索性问题,历年高考试题中也常出现此类问题。
由于不少考生在处理这类问题时无从下手,不知道确定参数范围的函数关系或不等关系从何而来,本文通过一些实例介绍这类问题形成的几个背景及相应的解法,期望对考生的备考有所帮助。
背景之一:题目所给的条件利用题设条件能沟通所求参数与曲线上点的坐标或曲线的特征参数之间的联系,建立不等式或不等式组求解。
这是求范围问题最显然的一个背景。
例1:椭圆),0(12222为半焦距c b c a by a x >>>=+的焦点为F 1、F 2,点P(x , y )为其上的动点,当∠F 1PF 2为钝角时,点P 的横坐标的取值范围是___。
解:设P(x 1, y ),∠F 1PF 2是钝角⇔cos∠F 1PF 2 =||||2||||||212212221PF PF F F PF PF ⋅-+222212221)(||||||0y c x F F PF PF ++⇔<+⇔<2)(c x -+22224y x c y +⇔<+22222222222)(x ab ac x a a b x c -⇔<-+⇔<)(2222222b c c a x b c -<⇔-< 2222b c ca xbc c a -<<--⇔。
说明:利用∠F 1PF 2为钝角,得到一个不等式是解题的关键。
把本题特殊化就可以得到2000年全国高考题理科第14题:椭圆14922=+y x 的焦点为F 1、F 2,点P 为其上的动点,当∠F 1PF 2为钝角时,点P 横坐标的取值范围是__________。
(答案为 x 553(-∈,)553) 例2:(2000年全国高考题理科第22题)如图,已知梯形ABCD 中,AB =2CD ,点E 分有向线段AC 所成的比为λ,双曲线过点C 、D 、E 三点,且以A 、B 为焦点。
当4332≤≤λ时,求双曲线离心率e 的取值范围。
解:如图,以线段AB 的垂直平分线为 y 轴。
因为双曲线经过点C 、D ,且与A 、B 为焦点,由双曲线的对称性知C 、D 关y 轴对称,依题意,记A )0,(c -,C(2c,h),E(x 0,y 0), 其中c =AB 21为双曲线的半焦距,h 是梯形的高。
由定比分点坐标公式得:x 0=λλ++-12cc =)1(2)2(+-λλc ,y 0=λλ+1h。
设双曲线方程为22a x -22b y =1,则离心率e =ac。
由点C 、E 在双曲线上,将点C 、E 的坐标和e =ac代入双曲线方程得 14222=-b h e ①1)1()12(422222=+-+-b h e λλλλ ②由①式得14222-=e bh③将③式代入②式,整理得:23121222+-=+-=e e e λ ∴10743231322≤≤⇒≤+-≤e e 说明:建立λ与e 的函数关系式,再利用已知λ的范围,即可求得e 的范围。
背景之二:曲线自身的范围圆、椭圆、双曲线及抛物线都有自身的范围,如椭圆a by a x (12222=+>b>0)中,x ,10],,[],,[<<-∈-∈e b b y a a ,利用这些范围是确定参数范围的途径之一。
例3:(2002年全国高考题)设点P 到点M(-1,0)、N(1,0)距离之差为2m ,到x 轴、y 轴距离之比为2,求m 的取值范围。
解:设点P 的坐标为(x ,y),由题设得2||||=x y ,即y =0,2≠±x x ① 由于x 0≠,所以点P(x ,y)、M(-1,0)、N(1,0)三点不共线,得1||02||||2||||0<<⇒=<=-<m MN m PN PM因此,点P 在以M 、N 为焦点,实轴长为2m 的双曲线上,故22221my m x --=1 ②将①式代入②,解得222251)1(m m m x --=由22m x ≥且012>-m ,得<<⇒>-m m 55051255,又m 0≠∴ )0,55(-∈m (0, )55说明:P 到x 轴、y 轴距离之比为2,所以P 不能在x 轴上,由此得到m 0≠,这一隐含条件容易忽视。
例4:(2004年全国卷Ⅲ理科21题 文科22题)设椭圆1122=++y m x 的 两个焦点是F 1(-c, 0)与F 2(c, 0) (c > 0),且椭圆上存在一点P ,使得直线PF 1与PF 2垂直。
(1)求实数m 的取值范围;(2)设l 相应于焦点F 2的准线,直线PF 2与l 相交于Q ,若32||2-=PF QF ,求直线PF 2的方程。
解:(1)依题设有m +1>1,即m > 0,c =m ,设点P 的坐标为(x 0, y 0),由PF 1⊥PF 2 ,得m y x cx y c x y =+⇒-=+⋅-202000001 ① 将①与112020=++y m x 联立,解得x my m m 1,12020=-= 由此得⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧>≤≤+≤-≤01101102m m m m m 1≥⇒m 故m 1[∈, +∞)(2)答案为y =±(23-) (x-2) ( 解答略)背景之三:二次方程有解的条件直线和圆锥曲线的关系,是解析几何中最常见的关系,它们联立消元后所得的判别式非负是直线和圆锥曲线有公共点的充要条件;若有限制条件,则还应考虑根的分布情况等,这是确定参数取值范围的一个常见背景。
例5:(全国高考题)给定双曲线x 2-22y = 1,过点B(1,1)能否作直线l ,使l 与所给双曲线交于P 1及P 2,且点B 是线段P 1P 2的中点这样的直线l 如果存在,求出它的方程;如果不存在,说明理由。
解:画出图像知,当直线斜率不存在时,满足题设条件的l 不存在。
当直线l 斜率存在时,设为k ,则l 方程为y = k (x -1)+1,联立1222=-y x ,得032)22()2(2222=-+--+-k k x k k x k 。
设,22222,12),,(),,(2221222111=⇒=--=+k k kk x x y x P y x P 即则此时 002,0)32)(2(4)22(22222>∆≠-<-+----=∆且不满足k k k k k k 。
故满足已知条件的直线l 不存在。
例6:(2004年湖北省高考题理科20题 文科20题)直线1:+=kx y l 与双曲线12:22=-y x C 的右支交于不同的两点A 、B 。
(1)求实数k 的取值范围;(2)是否存在实数k ,使得以线段AB 为直径的圆经过曲线C 的右焦点F 若存在,求出k 的值;若不存在,说明理由。
解:(1)将直线1+=kx y 代入双曲线方程,并整理得022)2(22=++-kx x k 依题意,直线l 与双曲线C 的右支交于不同两点,故⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧>->-->--=∆≠-022220)2(8)2(0222222k k k k k k 22-<<-⇒k(2)答案是存在566+-=k 满足题设。
说明:问题(1)涉及到直线与双曲线右支相交的问题,转化为方程有不等 的两正根,由方程根的分布的充要条件建立不等式组即可。
背景之四:已知变量的范围利用题中给出的某个已知变量的范围,或由已知条件求出某个变量的范围,然后找出这个变量与欲求的参变量之间的关系,进而求解。
1、双参数中知道其中一个参数的范围;例7:(2004年浙江省高考题理科21题 文科22题)已知双曲线的中心在原点,右顶点为A(1, 0),点P 、Q 在双曲线的右支上,点M(m, 0)到直线AP 的距离为1。
(1)若直线AP 的斜率为k ,且]3,33[||∈k ,求实数m 的取值范围; (2)当12+=m 时,APQ ∆的内心恰好是点M ,求此双曲线的方程解:(1)由条件知直线AP 的方程为0),1(=---=k y kx x k y 即,因为点 M 到直线AP 的距离为1,所以22211||1|1|11||kk k m k k mk +=+=-⇒=+-。
∵]3,33[||∈k ∴33211313322|1|332-≤≤-≤≤+⇒≤-≤m m m 或 故]3,3321[]3321,1[+--∈ m (2)答案是1)122(22=--y x (解答略)例8:(2004年全国高考卷Ⅱ理科21题)给定抛物线x y C 4:2=,F 是C 的焦点,过点F 的直线l 与C 相交于A 、B 两点。
(1)设l 的斜率为1,求OB OA 与的夹角的大小;(2)设]9,4[,∈=λλ若AF FB ,求l 在y 轴上截距m 的变化范围。
解:(1)答案为41143arccos-π(解答略)。
(2)F(1, 0), 设A(x 1, y 1), B(x 2, y 2), 由题设AF FB λ=, 得),1(),1(1122y x y x --=-λ,即⎩⎨⎧-=-=-21)1(11212y y x x λλ由得②得21222y y λ= ∵2221214,4x y x y == ∴122x x λ=③联立①、③解得λ=2x ,依题意有0>λ∴)0,1(),2,(),2,(F B B 又或λλλλ-得直线l 方程为:)1(2)1(),1(2)1(--=--=-x y x y λλλλ或当]9,4[∈λ时,方程l 在y 轴上的截距1212--=-=λλλλm m 或。
由1212)1)(1(2)1(212-++=-++-=-λλλλλλλ,可知在]9,4[上是递减的。
∵]9,4[∈λ ∴43343443-≤≤-≤≤m m 或。
故直线l 在y 轴上截距m 的变化范围是]34,43[]43,34[ --。
说明:例7和例8都是已知一个变量的范围求另一变量的范围,可先利用题设条件建立变量的关系式,将所求变量和另一已知变量分离,得到函数关系,再由已知变量的范围求出函数的值域,即为所求变量的范围。
这类背景也可归结为背景一。
2、双参数中的范围均未知例9:(2004年全国卷Ⅰ文2 理21)设双曲线)0(1:222>=-a y ax C 与直线1:=+y x l 相交于不同的点A 、B 。
(1)求双曲线C 的离心率e 的取值范围; (2)设直线l 与y 轴的交点为P ,且125=,求a 的值。
解:(1)由C 与l 相交于两个不同的点,故知方程⎪⎩⎪⎨⎧=+=-11222y x y a x 有两个不同的实数解,消去y 并整理得:022)1(2222=-+-a x a x a由1200)2)(1(4)2(0122222≠<<⇒⎪⎩⎪⎨⎧>---=∆≠-a a a a a a 且∴双曲线的离心率11122+=+=aa a e ∵120≠<<a a 且∴226≠>e e 且 故),2()2,26(∞+∈ e (2)略说明:先求出a 的范围,再建立e 与a 的函数关系式,即可求出e 的范围。