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数学直觉有多重要, 2022年新高考数学双曲线开放型问题分析

这是2022年新高考数学全国卷II倒数第二题,是一道关于双曲线的开放式题目。关键的第二小题,要求从三个条件中选择两个,证明第三个。这里面需要一定的数学直觉。因为你要凭着自己的数学直觉,去挑选一个比较容易证明的结论。

试想一下,明明选条件②③证明①,对你来说并不难,但你偏偏选了①②,证明③,结果却证明不出来,那该是多么悲催的事情啊。或者你花了比较多的时间,在考场上做“选择题”,那也不合适啊。对于有选择困难症的人来说,更是一种灾难。因此在这里,你的数学直觉就会起到关键的作用。

有一次在看中国女足的比赛时,我问周围的年轻人,你们知道场上中国球员张馨和其她二十一位球员,有什么区别吗?面对这样的问题,他们一个个嗤之以鼻,自然也就一个也答不上来了。殊不知,老黄这是在锻炼他们的直觉啊。那你知道张馨和其她二十一位球员有什么区别吗?

言归正传,我们先来看看题目:

设 双曲线x^2/a^2-y^2/b^2=1 (a>0, b>0)的右焦点为F(2,0), 渐近线方程y=±根号3 x.

(1)求C的方程;

(2)经过F的直线与C的渐近线分别交于A, B两点,点P(x1,y1), Q(x2,y2)在C上,且x1>x2>0, y1>0. 过P且斜率为-根号3的直线与过Q且斜率为根号3 的直线交于点M, 从下面三个条件①②③中选择两个条件,证明另一个条件成立:

分析:(1)第一小题是毫无难度的,只要熟练双曲线的渐近线方程公式,关键是不要把实轴和虚轴给搞反了。因为老黄自己的孩子刚刚解过,就把实轴和虚轴搞反了,一旦搞反,全题遭殃,一分也得不到了。

(2)老黄刚才说了一大堆,其实老黄自己的数学直觉也是很差的。也不知道该选什么条件比较好。或许对老黄来说,选什么条件都差不多吧。不过这并不表示对每个人都是一样的,所以千万不要以为老黄前面都是胡说的哦。

这道题不用画图像就能解决的,自然都不是一般人。对老黄这种只有画了图,才有可能解决的人来说,画这个图都十分费劲。如下图,看它像不像一张蜘蛛网,可能有不少人看到这个图脑瓜子都会嗡嗡的吧。

老黄和考生不同,考生要考自己的数学直觉,选出两个合适的条件,使证明变得相对容易一些。而老黄却要把三种选择,全部进行统一,用一种统一的套路,将三种选择通通给证明了。然后供正在学习的学生们,去分辨哪一种才是最适合自己的。并在这个过程中培养出自己的数学直觉。所以目的不同,要求不同,做法也不同,请不要动不动就嘲笑老黄了,老黄真是贼可怜的啦。

不论选择什么条件,都是选设A,B,M的坐标,PM,QM的方程,分别列PM,QM与双曲线的交点方程,得到P,M的横坐标,并用直线方程表示纵坐标,然后表示出PQ,AB的斜率。最后一步就是依据条件不同,去证明结论了。解这类题,一个清晰的思路,是解题的关键。

解:(1)依意题, a^2+b^2=4, b/a=根号3,

得:a=1, b=根号3,

∴C的方程为x^2-y^2/3=1.

解:(2)当①③成立时, 设A(a, 根号3 a), B(b, -根号3 b),【老黄一开始靠自己超逊的数学直觉做出这样的选择,后来才决定把三种选择都给解决了的】

M(m, n), m=(a+b)/2, n=根号3 (a-b)/2,【因为M是AB的中点,所以运用了中点的坐标公式】

PM:y=-根号3 (x-m)+n, QM:y=根号 (x-m)+n,【一开始老黄想代入a,b表示,结果发现得到的方程实在是太复杂了,所以改用m,n表示】

当x^2-(-根号3(x-m)+n)^2/3=1时, x1=(3+(根号3 m+n)^2)/(6m+2根号3 n),【这是PM与双曲线的交点方程,得到的是P点的横坐标】

当x^2-(根号3(x-m)+n)^2/3=1时, x2=(3+(根号3m-n)^2)/(6m-2根号3 n),【这是QM与双曲线的交点方程,得到的是Q点的横坐标】

PQ的斜率为:k1=(-根号3 (x1-m)+n-根号3 (x2-m)-n)/(x1-x2)=3m/n,

AB的斜率为:k2=根号3 (a+b)/(a-b)=3m/n=k1,【看着好像挺轻松的,实质上老黄算了半天,当然,如果在高考现场,老黄肯定不会算的,你放心好了。直接一句“化简,得:k1=k2”搞定它,不服让阅卷老师自己算一算,看老黄写得对不对】

②PQ//AB得证!

下面两种选择用图片的形式展示,因为会出现很多重复段落:

已知①②,证明③,最后一步证明M是AB的中点。满足中点坐标公式,就是中点,因为线段的中点是唯一的。

已知②③,证明①,同样证明M是AB的中点。你说线段的中点能不在线段上吗?

现在,你能告诉老黄,哪一种选择更适合你吗?考场上你能通过自己的数学直觉快速做出判断吗?或者你还有更好的方法吗?不妨分享出来。

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