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高中數(shù)學(xué):預(yù)防求軌跡方程時(shí)漏解的妙招

 昵稱47813312 2019-06-25

求動(dòng)點(diǎn)的軌跡方程是解析幾何的一個(gè)重要問(wèn)題,軌跡概念包含“完備性”與“純粹性”兩方面,然而因某種原因?qū)е聞?dòng)點(diǎn)軌跡遺漏的現(xiàn)象經(jīng)常出現(xiàn)。下面通過(guò)典型例題,就解題過(guò)程中造成動(dòng)點(diǎn)軌跡遺漏的原因總結(jié)如下,以期防范。

一、忽略對(duì)動(dòng)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的多種情形的討論:

例1、直角△ABC的兩直角邊長(zhǎng)分別是BC=a,AC=b(a>b),A、B兩點(diǎn)分別在x軸正半軸和y軸正半軸上滑動(dòng)(可包括原點(diǎn)),求頂點(diǎn)C的軌跡方程。

錯(cuò)解:如圖1,設(shè)C(x,y),由A、O、B、C四點(diǎn)共圓,可得∠ABC=∠AOC,即,所以。又當(dāng)A與原點(diǎn)重合時(shí),點(diǎn)C的橫坐標(biāo)為,當(dāng)點(diǎn)B與原點(diǎn)重合時(shí),點(diǎn)C的橫坐標(biāo)為,故頂點(diǎn)C的軌跡方程為 。

剖析:上述解法遺漏了另一種情況(如圖2)。故頂點(diǎn)C的軌跡方程為

。

二、忽略動(dòng)點(diǎn)的特殊位置。

求動(dòng)點(diǎn)的軌跡,不但要考慮動(dòng)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的一般情況,還要考慮動(dòng)點(diǎn)的特殊位置,如極限位置、臨界位置、軌跡與坐標(biāo)軸的交點(diǎn),忽視對(duì)這些特殊位置的考慮,常會(huì)造成軌跡遺漏。

例2、已知定線段AB的長(zhǎng)為2,點(diǎn)P是以點(diǎn)A為圓心的單位圓上的動(dòng)點(diǎn),∠PAB的平分線交PB于Q,求點(diǎn)Q的軌跡方程。

錯(cuò)解:以A為坐標(biāo)原點(diǎn),線段AB所在的射線為x軸的正半軸,建立平面直角坐標(biāo)系,如圖3所示。則圓A的方程為,由三角形的內(nèi)角平分線的性質(zhì)定理得,即。設(shè)點(diǎn)Q的坐標(biāo)為(x,y),由定比分點(diǎn)坐標(biāo)公式可得點(diǎn)P的坐標(biāo)是(),而P在圓上,可得。

 (*)

此就是點(diǎn)Q的軌跡方程。

剖析:應(yīng)用三角形內(nèi)角平分線定理的前提條件是P、A、B不共線,而上述解法卻忽視了P、A、B共線的情形,導(dǎo)致求軌跡的漏解。正確解法應(yīng)對(duì)P、A、B共線的情形補(bǔ)充說(shuō)明:(1)當(dāng)點(diǎn)P運(yùn)動(dòng)到點(diǎn)C(-1,0)時(shí),∠CAB=180°。其平分線即y軸與CB的交點(diǎn)是(0,0),適合(*)式;(2)當(dāng)點(diǎn)P運(yùn)動(dòng)到點(diǎn)D(1,0)時(shí),∠DAB=0,其平分線即Ox與DB的交點(diǎn)為線段DB,這時(shí)點(diǎn)Q的軌跡就是線段DB:)。

因此,點(diǎn)Q的軌跡方程是或y=0()。

三、忽略題設(shè)的幾何條件。

若題設(shè)的幾何條件情形不止一種,而在求軌跡問(wèn)題中又沒(méi)有充分全面地加以分析考慮,自然會(huì)造成軌跡遺漏。

例3、求與一直線和圓都相切的圓的圓心的軌跡。

錯(cuò)解:設(shè)已知直線為l,已知圓的半徑為a,建立如圖4所示的平面直角坐標(biāo)系,使直線l平行于x軸,且在x軸的上方,使半徑為a的圓的圓心在原點(diǎn)。不妨設(shè)所求圓的圓心P的坐標(biāo)為(x,y),半徑為r,原點(diǎn)O到直線l的距離為b,則直線l的方程為y=b(b>a)。

因?yàn)閯?dòng)圓P與圓O相切,所以(取“+”時(shí)兩圓外切,取“-”時(shí)兩圓內(nèi)切),即。①

又因?yàn)閯?dòng)圓P與直線l相切,所以點(diǎn)P到直線l的距離為r。  

因此。②

由①②消去r,可得點(diǎn)P的軌跡為拋物線:

 

剖析:上述解法忽視了對(duì)題設(shè)幾何條件中已知直線l和已知圓O之間的位置關(guān)系進(jìn)行分析,只就相離情形進(jìn)行解答,而未注意到相切、相交這兩種情況,因而造成了軌跡遺漏。

事實(shí)上,當(dāng)直線l與圓O相切,即b=a時(shí),由③易知?jiǎng)訄A的圓心P的軌跡為拋物線:或x=0(y≠0,y≠a);當(dāng)直線l與圓O相交,即b<a時(shí),由③易知?jiǎng)訄A的圓心P的軌跡為兩條拋物線:

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