高考必考题 [一道高考题的多种解法]

  2011年江苏高考数学卷第18题共3小题,其中第(1)(2)两小问难度不大,第(3)小问是证明题,将考生的答案罗列出来,有12种居多.现列举四种较为典型的解法如下.�
  
  18. 如图,在平面直角坐标系xOy中,M、N分别是椭圆x�24+y�22=1的顶点,过坐标原点的直线交椭圆于P、A两点,其中P在第一象限,过P作x轴的垂线,垂足为C,连接AC,并延长交椭圆于点B,设直线PA的斜率为k�
  对任意k>0,求证:PA⊥PB�
  解法一 利用求根公式求出点B坐标,再代入斜率公式求斜率.�
  将直线PA的方程y=kx代入x�24+y�22=1,解得x=±21+2k�2.记μ=21+2k�2,则P(μ,μk),A(-μ,-μk).于是C(μ,0).故直线AB的斜率为0+μkμ+u=k2,其方程为y=k2(x-μ),代入椭圆方程得(2+k�2)x�2-2μk�2x-μ�2(3k�2+2)=0,解得x=μ(3k�2+2)2+k�2或x=-μ.因此Bμ(3k�2+2)2+k�2,μk�32+k�2.于是直线PB的斜率k�1=μk�32+k�2-μkμ(3k�2+2)2+k�2-μ=-1k.因此k�1k=-1,所以PA⊥PB.�
  解法二 几何法�
  设P(m,km),A(-m,-km),C(m,0)�
  直线AC的方程为:y=k2(x-m),代入椭圆方程x�24+y�22=1,得�
  1+k�22x�2-(k�2m)x+k�2m�22-4=0�
  设AB的中点Q,则2x�Q=x�A+x�B=k�2m1+k�22=2k�2m2+k�2,所以x�Q=k�2m2+k�2,y�Q=-km2+k�2�
  所以PQ�2=k�2m2+k�2-m�2+-km2+k�2-km�2=(k�6+6k�4+9k�2+4)m�2(2+k�2)�2�
  AQ�2=k�2m2+k�2+m�2+-km2+k�2+km�2=(k�6+6k�4+9k�2+4)m�2(2+k�2)�2�
  所以PQ=AQ,所以PA⊥PB.�
  解法三 见到中点和斜率用点差法构造斜率形式.�
  设P(m,n),B(s,t),则A(-m,-n),C(m,0).�
  k��AC�=0-(-n)m-(-m)=n2m=k2,由A,C,B三点共线知k��AB�=t-(-n)s-(-m)=n+tm+s=k2.�
  由题意P,B两点都在椭圆上,可得�
  m�24+n�22=1……(1)�
  s�24+t�22=1……(2)�
  (1)-(2):(m+s)(m-s)4+(n+t)(n-t)2=0,即n+tm+s•n-tm-s=-12,�
  所以k��PB�=n-tm-s=-1k,所以PA⊥PB.�
  解法四 轨迹法�
  设P(m,n),则A(-m,-n),C(m,0).�
  则直线AC的方程为:y+n=n2m(x+m)……(1)�
  过点P且与AP垂直的直线方程为:y-n=-mn(x-m)……(2)�
  (1)×(2):y�2-n�2=-12(x�2-m�2)�
  整理得x�24+y�22=m�24+n�22,由点P在椭圆上有m�24+n�22=1,�
  所以x�24+y�22=1,即(1)(2)两直线交点在椭圆上,得证.

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