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高中數(shù)學(xué) | 解析幾何中求最值的方法

一、利用圓錐曲線的定義

圓錐曲線的定義,是曲線上的動(dòng)點(diǎn)本質(zhì)屬性的反映。研究圓錐曲線的最值,利用圓錐曲線的定義,可使問題簡(jiǎn)化。


例1、若使雙曲線

上一點(diǎn)M到定點(diǎn)A(7,
)的距離與M到右焦點(diǎn)F的距離之半的和有最小值,求M點(diǎn)的坐標(biāo)。

解析:如圖所示,由雙曲線定義2可知,

,所以|MF|=2|MP|。令
,即
。此問題轉(zhuǎn)化為折線AMP的最短問題。顯然當(dāng)A、M、P同在一條與x軸平行的直線上時(shí),折線AMP最短,故M點(diǎn)的縱坐標(biāo)為
,代入雙曲線方程得M(
,
)。


二、利用幾何圖形的對(duì)稱性

對(duì)稱思想是研究數(shù)學(xué)問題常用的思想方法,利用幾何圖形的對(duì)稱性去分析思考最值問題。


例2、已知點(diǎn)A(2,1),在直線

上分別求B點(diǎn)和C點(diǎn),使△ABC的周長(zhǎng)最小。

分析:軸對(duì)稱的幾何性質(zhì)以及兩點(diǎn)間的距離以直線段為最短。

解析:先找A(2,1)關(guān)于直線

、
的對(duì)稱點(diǎn)分別記為
,如圖所示,若在
、
上分別任取點(diǎn)
,則△ABC周長(zhǎng)=

周長(zhǎng)。

故當(dāng)且僅當(dāng)

、
、
、
四點(diǎn)共線時(shí)取等號(hào),直線
方程為:
,與
的交點(diǎn)分別為B(
)、C(
,0)。


三、利用參數(shù)的幾何意義

利用參數(shù)的幾何意義,把它轉(zhuǎn)化為幾何圖形中某些確定的幾何量(如角度、長(zhǎng)度、斜率)的最大值、最小值問題。


例3、橢圓

內(nèi)有兩點(diǎn)A(4,0),B(2,2),M是橢圓上一動(dòng)點(diǎn),求|MA|+|MB|的最大值與最小值。

分析:若直接利用兩點(diǎn)的距離公式,難度較大,通過橢圓定義轉(zhuǎn)化后,利用幾何性質(zhì)可解決問題。

解析:|MA|+|MB|=2a-|MC|+|MB|=10+|MB|-|MC|,根據(jù)平面幾何性質(zhì):||MB|-|MC||

,當(dāng)且僅當(dāng)M、B、C共線時(shí)取等號(hào),故|MA|+|MB|的最大值是

,最小值是
。

 

四、利用代數(shù)性質(zhì)

將問題里某些變化的幾何量(長(zhǎng)度、點(diǎn)的坐標(biāo)、斜率、公比

)設(shè)為自變量,并將問題里的約束條件和目標(biāo)表示為自變量的解析式,然后利用代數(shù)性質(zhì)(如配方法、不等式法、判別式法等)進(jìn)行解決,可使問題簡(jiǎn)單化。


例4、過拋物線

的焦點(diǎn)作兩條互相垂直的弦AC、BD,求四邊形ABCD面積的最小值。

解析:設(shè)AC的直線方程,

,由
消去x得

△=
。故|AC|=
,由AC⊥BD,故BD的斜率為
,
。故
,所以
。


五、利用三角函數(shù)的性質(zhì)

適用適當(dāng)?shù)慕亲鳛樽宰兞?,把所求的問題表達(dá)成三角函數(shù)式,然后利用三角函數(shù)的性質(zhì)去解決問題。


例5、A為橢圓

上任一點(diǎn),B為圓
上任一點(diǎn),求|AB|的最短距離。

分析:|AB|+|BC|

,且|BC|=1,故要求|AB|的最小值,只要求|AC|的最小值,而要求|AC|最值,只需利用橢圓的參數(shù)方程求解。

解析:設(shè)

,C(1,0),故

|AC|=

=
,于是
,即|AB|

=

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