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高中數(shù)學(xué):預(yù)防求軌跡方程時漏解的妙招

求動點的軌跡方程是解析幾何的一個重要問題,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聞狱c軌跡遺漏的現(xiàn)象經(jīng)常出現(xiàn)。下面通過典型例題,就解題過程中造成動點軌跡遺漏的原因總結(jié)如下,以期防范。

一、忽略對動點運動的多種情形的討論:

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

錯解:如圖1,設(shè)C(x,y),由A、O、B、C四點共圓,可得∠ABC=∠AOC,即

,所以
。又當(dāng)A與原點重合時,點C的橫坐標(biāo)為
,當(dāng)點B與原點重合時,點C的橫坐標(biāo)為
,故頂點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C的軌跡方程為

。

二、忽略動點的特殊位置。

求動點的軌跡,不但要考慮動點運動規(guī)律的一般情況,還要考慮動點的特殊位置,如極限位置、臨界位置、軌跡與坐標(biāo)軸的交點,忽視對這些特殊位置的考慮,常會造成軌跡遺漏。

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

錯解:以A為坐標(biāo)原點,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Q的坐標(biāo)為(x,y),由定比分點坐標(biāo)公式可得點P的坐標(biāo)是(
),而P在圓上,可得

 (*)

此就是點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P、A、B共線的情形補充說明:(1)當(dāng)點P運動到點C(-1,0)時,∠CAB=180°。其平分線即y軸與CB的交點是(0,0),適合(*)式;(2)當(dāng)點P運動到點D(1,0)時,∠DAB=0,其平分線即Ox與DB的交點為線段DB,這時點Q的軌跡就是線段DB:

)。

因此,點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,而在求軌跡問題中又沒有充分全面地加以分析考慮,自然會造成軌跡遺漏。

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。不妨設(shè)所求圓的圓心P的坐標(biāo)為(x,y),半徑為r,原點O到直線l的距離為b,則直線l的方程為y=b(b>a)。

因為動圓P與圓O相切,所以

(取“+”時兩圓外切,取“-”時兩圓內(nèi)切),即
。①

又因為動圓P與直線l相切,所以點P到直線l的距離為r。  

因此

。②

由①②消去r,可得點P的軌跡為拋物線:

 

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

事實上,當(dāng)直線l與圓O相切,即b=a時,由③易知動圓的圓心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,由③易知動圓的圓心P的軌跡為兩條拋物線:
。

▍ 來源:綜合網(wǎng)絡(luò)

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