2022年高考三個圓錐曲線大題命題思路的同一性

唐宜鐘

(漢中市龍崗學(xué)校,陜西 漢中 723103)

國家教育部教育考試院在《2022年高考數(shù)學(xué)全國卷試題評析》中提到:高考試卷“突出主干、重點(diǎn)內(nèi)容的考查”“強(qiáng)調(diào)知識之間的內(nèi)在聯(lián)系”“強(qiáng)調(diào)對通性通法的深入理解和綜合運(yùn)用”“試題通過設(shè)置綜合性的問題和較為復(fù)雜的情境,加強(qiáng)關(guān)鍵能力的考查”“加強(qiáng)學(xué)科核心素養(yǎng)考查,強(qiáng)化數(shù)學(xué)思想方法的滲透,深入考查關(guān)鍵能力,優(yōu)化試題設(shè)計,發(fā)揮數(shù)學(xué)科高考的選拔功能”[1].其中,函數(shù)(含方程、不等式)和圓錐曲線作為高中數(shù)學(xué)的主干知識.一個命題構(gòu)想為:以圓錐曲線為載體,通過圓錐曲線中多個變量的性質(zhì)特征,將解析幾何問題最終轉(zhuǎn)化為單變量函數(shù)(或多變量不等式)問題.從這類構(gòu)想出發(fā)的數(shù)學(xué)命題,設(shè)置了復(fù)雜的綜合性問題,彰顯了知識之間的內(nèi)在聯(lián)系,要求學(xué)生在作答時,對通性通法有深入地理解,并將相關(guān)知識綜合應(yīng)用.同時,其加強(qiáng)了邏輯推理、數(shù)學(xué)運(yùn)算等核心素養(yǎng)的考查,強(qiáng)化了數(shù)形結(jié)合、轉(zhuǎn)化、整體、類比等思想的滲透,低入口、多路徑、精準(zhǔn)結(jié)果,也很好地發(fā)揮了數(shù)學(xué)科高考的選拔功能.因此,這類題目備受高考青睞.縱觀2022年全國高考圓錐曲線大題,筆者發(fā)現(xiàn)其中全國甲卷、浙江卷、北京卷,在圓錐曲線大題的設(shè)置上,從斜率視角出發(fā),均體現(xiàn)了上述命題思路.

1 題目呈現(xiàn)

圖1 2022年浙江卷第2題圖

|CD|是一個關(guān)于k1,k2的雙變量函數(shù),若能夠根據(jù)橢圓的相關(guān)性質(zhì),得出k1,k2之間的關(guān)系式,則為本題打開了思路.

即x2+12y2+24y=0.

代入橢圓方程齊次化,得

x2+12y2+(mx-48y)y=0.

即36y2-mxy-x2=0.

記kAP=k1,kBP=k2,由斜率的幾何意義可知

事實(shí)上,有如下結(jié)論:

思路2 有了k1,k2之間的關(guān)系,|CD|可以直接轉(zhuǎn)化為單變量函數(shù),或者不等式進(jìn)行求解.

又由柯西不等式,得

評注本部分重點(diǎn)考查對函數(shù)最值問題的理解,可以直接轉(zhuǎn)變?yōu)閱巫兞亢瘮?shù),通過導(dǎo)數(shù)求最值.也可根據(jù)式子本身特點(diǎn),用相關(guān)不等式求最值.因本題單變量函數(shù)求導(dǎo)較為復(fù)雜,故解答中未采用[2].

(1)求橢圓E的方程;

(2)過點(diǎn)P(-2,1)作斜率為k的直線與橢圓E交于不同的兩點(diǎn)B,C,直線AB,AC分別與x軸交于點(diǎn)M,N.當(dāng)|MN|=2時,求k的值.

(2)記kAB=k1,kAC=k2,則|MN|是一個關(guān)于k1,k2的表達(dá)式.若能根據(jù)橢圓的相關(guān)性質(zhì),尋找一個關(guān)于k1,k2的關(guān)系式,則可以直接解出相關(guān)量.

即x2+4y2+8y=0.

設(shè)lBC:mx+ny=8,又直線BC過點(diǎn)P(-2,0),故m=-4,lBC:-4x+ny=8.

代入橢圓方程齊次化,得

x2+4y2+(-4x+ny)y=0.

即(4+n)y2-4xy+x2=0.

記kAB=k1,kAC=k2,由斜率的幾何意義,得

故k1+k2=4k1k2.

結(jié)合圖象及題意可知

即k2-k1=2k1k2.

聯(lián)立k1+k2=4k1k2,得

故n=-1.

在新坐標(biāo)系中,lBC:-4x-y=8,則所求k=-4.

評注從斜率視角看,本題為一個圓錐曲線和方程結(jié)合的問題,命題思路和浙江卷如出一轍.不過本題中k1,k2的關(guān)系并不如浙江卷“直白”.

事實(shí)上,有如下結(jié)論:

例3 (2022年全國甲卷20題)設(shè)拋物線C:y2=2px(p>0)的焦點(diǎn)為F,點(diǎn)D(p,0).過點(diǎn)F的直線交C于M,N兩點(diǎn).當(dāng)直線MD⊥x軸時,|MF|=3.

(1)求C的方程;

(2)設(shè)直線MD,ND與C的另一個交點(diǎn)分別為A,B,記直線MN,AB的傾斜角分別為α,β,當(dāng)α-β取得最大值時,求直線AB的方程.

解析(1)y2=4x;

由(1)得F(1,0),D(2,0).

設(shè)lMA:x=my+2,

y2-4my-8=0.

故yM·yA=-8.

同理,yN·yB=-8,yM·yN=-4.

記kMN,kAB為k1,k2,則k1=2k2(k2>0).

2 復(fù)習(xí)建議

縱觀2022年高考數(shù)學(xué)試卷,其“選拔”功能更加明確,題目的綜合度、復(fù)雜度顯著增強(qiáng),這提醒教師在復(fù)習(xí)過程中要注重主干知識、重點(diǎn)內(nèi)容.如本文三個例題的主干知識為函數(shù)與圓錐曲線,重點(diǎn)內(nèi)容為橢圓和拋物線的相關(guān)性質(zhì)、基本不等式的運(yùn)用.強(qiáng)調(diào)知識之間的內(nèi)在聯(lián)系.如雙變量函數(shù)的最值問題,一種常見思路為找到兩個變量之間的關(guān)系,并轉(zhuǎn)化為單變量函數(shù),再結(jié)合變量的取值范圍求得.而從斜率視角下看,圓錐曲線中提供了諸多雙斜率的等量關(guān)系,正好作為函數(shù)問題的良好“導(dǎo)入”.強(qiáng)調(diào)對通性通法的深入理解和綜合運(yùn)用.如圓錐曲線的通性通法是直曲聯(lián)立,通過韋達(dá)定理和整體代換,將相關(guān)量用含k的式子表示出來.在本文的三個例子中,不僅要熟練運(yùn)用通性通法,還要將不同的k1,k2之間建立等量關(guān)系,如果對通性通法沒有相當(dāng)程度的理解,把握k1,k2之間的內(nèi)在關(guān)系,就容易“迷失”解題方向.合理設(shè)置綜合性的問題,如函數(shù)的本質(zhì)是一種對應(yīng),其與數(shù)列、方程、三角、不等式、解析幾何之間都可以建立起良好的綜合關(guān)系[3].在知識的相似、趨同、承接、對比處合理綜合,便于學(xué)生在各個知識間形成通路,促進(jìn)各個知識的相互理解,構(gòu)建知識的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu).注重學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng),圓錐曲線問題是數(shù)學(xué)運(yùn)算培養(yǎng)的良好模板,尤其是其提供了多個含參數(shù)的分式化簡,便于學(xué)生反復(fù)練習(xí)并對比糾錯.注重數(shù)學(xué)思想方法的滲透,在本文三個例子中,圓錐曲線和函數(shù)的結(jié)合,使得數(shù)形結(jié)合、轉(zhuǎn)化、整體等思想被發(fā)揮得淋漓盡致.