一道2023年高考題的多解和思考

劉社新

(鹽城市濱?？h明達(dá)中學(xué),江蘇 鹽城 224599)

以平面向量為背景的題目作為高考壓軸題雖然不多,但是每次出現(xiàn)都很新穎,感覺似曾相識,又相去甚遠(yuǎn),入手難,推進(jìn)更難.這是因?yàn)槠矫嫦蛄烤哂写鷶?shù)和幾何雙重性,往往使題目具有迷惑性、開放性[1].

1 試題呈現(xiàn)

2 總體認(rèn)識

本題作為選擇壓軸題自有其獨(dú)到之處,具體表現(xiàn)為:首先,背景知識豐富,有圓與直線相切的位置關(guān)系,圓與直線相交的位置關(guān)系,弦中點(diǎn),數(shù)量積運(yùn)算和最值;其次,表象上雖屬于常規(guī)題,卻很有新意,融合度高,思路開闊,高度體現(xiàn)了高考的改革風(fēng)向:注重?cái)?shù)學(xué)思想、方法的考查.

3 解法探究

思路1 按照數(shù)量積的定義計(jì)算,從題設(shè)中尋找兩個(gè)向量的模,引入角來聯(lián)系向量的模與向量夾角,構(gòu)造三角函數(shù)求最值[2].

解法1如圖1,連接AO,DO,因?yàn)橹本€PA與圓O相切于點(diǎn)A,所以AO⊥PA.

圖1 解法1示意圖

所以△PAO為等腰直角三角形.

設(shè)∠OPD=β,當(dāng)直線PA,PD在PO同側(cè)時(shí),記為β負(fù)角;當(dāng)直線PA,PD在PO異側(cè)時(shí),記為β正角.

=cos2β-sinβcosβ

故選A.

評析本解法容易想到,但是角β的范圍容易失誤,誤判為銳角,從而取錯(cuò)最值.對于正負(fù)角的考查實(shí)屬精辟,也是創(chuàng)新,體現(xiàn)了學(xué)以致用的教學(xué)精髓.以前不曾在正負(fù)角這個(gè)知識上做文章,或者說,以前應(yīng)用較為淺顯.

思路2 用特值法固定點(diǎn)A和點(diǎn)P,為引進(jìn)直線參數(shù)方程構(gòu)造條件,將向量問題轉(zhuǎn)化為三角問題.

解法2 不失一般性,如圖2,依據(jù)題意,可令A(yù)(0,1),P(1,1).

圖2 解法2示意圖

易得圓O:x2+y2=1,

①

②

將②代入①整理,得

t2+2(sinα+cosα)t+1=0.

所以t1+t2=-2(sinα+cosα).

易知AP∥x軸.

=1×(sinα+cosα)×cosα

=cos2α+sinαcosα

故選A.

評析本解法處理模長和夾角都顯得簡捷,當(dāng)然概念性更強(qiáng).將直線BC的傾斜角直接轉(zhuǎn)化為向量的夾角,比解法1簡單,也使后續(xù)運(yùn)算方便許多.參數(shù)方程的引入是本解法的關(guān)鍵.

思路3 抓住直線與圓相切,以及圓的中點(diǎn)弦,利用垂徑定理,易知A,P,D,O四點(diǎn)共圓,利用平面向量的坐標(biāo)運(yùn)算解題.

解法3 如圖3,以線段PO所在直線為x軸,線段PO的中垂線為y軸,新的原點(diǎn)記為E,建立平面直角坐標(biāo)系.

圖3 解法3示意圖

連接AO,因?yàn)橹本€PA與圓O相切于點(diǎn)A,

所以AO⊥PA.

因?yàn)镈為BC中點(diǎn),

易得A,P,D,O四點(diǎn)共圓,記為圓E.

故選A.

評析這種方法變換了坐標(biāo)系,被研究元素的坐標(biāo)具體化、簡單化,從而使相關(guān)向量坐標(biāo)可視化,于是數(shù)量積就水到渠成.將抽象復(fù)雜問題簡單化,需要較高的邏輯推理能力,從而簡化運(yùn)算.

思路4 本題中,點(diǎn)P的位置不影響問題的本質(zhì),因此可以特殊化,從而可以確定點(diǎn)A,于是可以把問題歸結(jié)為動(dòng)直線BC與圓O的相交關(guān)系下的函數(shù)問題.

因?yàn)橹本€BC與圓O相交,

所以Δ=8k4-4(1+k2)(2k2-1)>0,

解得-1

故選A.

評析本解法是圓錐曲線的通解通法,借助導(dǎo)數(shù)求出最值,平時(shí)教學(xué)加強(qiáng)訓(xùn)練,既對小題有幫助,又對解析幾何的壓軸大題有支撐作用.

思路5 處理復(fù)雜函數(shù)是學(xué)生的難點(diǎn),解法4中處理函數(shù)最值也可以從均值不等式入手,構(gòu)造均值不等式是關(guān)鍵.

解法5 結(jié)合解法4,

因?yàn)?1

評析這類函數(shù)最值是常見模型,處理過程中要注意三點(diǎn):一是定義域的限制,二是定值(常數(shù))的構(gòu)造,三是當(dāng)均值不等式失效的情況下,及時(shí)利用對勾函數(shù)補(bǔ)救.這個(gè)問題可以衍生出其他類型的最值問題.

以上每種類型的處理辦法不盡相同,有興趣的同仁可以仔細(xì)研究.

4 高考鏈接

參考答案:B.

5 結(jié)束語

突破高考壓軸題要在日常教學(xué)中下功夫,尤其不能有畏難思想,比如遇到“難題”“新題”就因?yàn)楹ε露艞?因?yàn)橄麓慰赡懿辉儆鲆娋蛢e幸過關(guān),因?yàn)楹臅r(shí)較多就擱下,等等.事實(shí)上,只有加強(qiáng)耐挫力的培養(yǎng),學(xué)生才能提高學(xué)習(xí)自信心.通過一定次數(shù)的磨礪,所謂的難題也就在感覺上變得容易.否則,學(xué)生的應(yīng)試能力節(jié)節(jié)敗退,高端題害怕,中檔題也擔(dān)心.

突破高考壓軸題要在基本功上下功夫,不能搞套路化訓(xùn)練.因?yàn)榛竟υ鷮?shí)了,思路就開放了,邏輯就連貫了,運(yùn)算就準(zhǔn)確了,速度也自然提升了.反之,被灌輸一些套路的學(xué)生遇到新情景、新問題就只能束手就擒,無計(jì)可施,在考場上情緒激動(dòng),影響整場考試心理,這就是常說的“平時(shí)學(xué)得很好,高考沒發(fā)揮出來”.本題中,求函數(shù)的最值需要學(xué)生良好的基礎(chǔ),無論是三角出口,還是分式函數(shù)出口都是日常教學(xué)的重點(diǎn).