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例題精講 · 第 00502 題 · 設 x=ty+x₀ 避開口討論,用韋達證 x₁x₂ 與 y₁y₂ 為定值

以拋物線 y²=4x 與過 (4,0) 的動弦為材料,用韋達定理求 y₁y₂、x₁x₂ 並證 OA⊥OB 為定值,再改定點為 (1,0) 看定值消失,訓練參數消元與定點條件的閉合回代。

00502題號全 1000 篇 · 第 第84輪 / 第84冊 輪
方向數學·導數與解三角形六向之一
題型自編仿真題逐題精講 · 采分點拆解

題目性質:自編仿真題——題目、材料、選項、數據與情境均為按課程標準與聯招常見考點獨立編寫的原創仿真題,非真題原文,未取自任何題庫、教輔或試卷;解析與採分點為教研整理,非官方評分標準。

例題精講 · 數學導數與解三角形

一、考點定位與做題順序

過 x 軸上一點作拋物線的動弦,最省事的設法是 x = ty + x₀:它把「斜率不存在」也包進去了,不必分兩支討論。聯立後用韋達,兩個乘積常常就是定值。

示意曲線 y² = 2px 取 p=2(即 y²=4x),動弦過定點 (4, 0);另取對照定點 (1, 0)。以下參數與係數均為自編示意設定,非真題數據。

二、逐題精講

題1

題1 設動直線 x = ty + 4 與 y²=4x 交於 A(x₁,y₁)、B(x₂,y₂)。求 y₁y₂、x₁x₂,並證 OA⊥OB。

解析

代入:y² = 4(ty + 4) ⇒ y² − 4t·y − 16 = 0,即 y² − 4t·y − 16 = 0。

由韋達:y₁ + y₂ = 4t,y₁y₂ = -16;又 xᵢ = yᵢ²/4,故 x₁x₂ = (y₁y₂)²/16 = 256/16 = 16。

向量點積 OA·OB = x₁x₂ + y₁y₂ = 16 + (-16) = 0,故 OA⊥OB,為與 t 無關的定值。

回代:取 t=1 時方程 y²−4y−16=0,兩根 y = 2±2√5,積 = 4−20 = -16 ✓;對應 x 積 = (-16)²/16 = 16 ✓,點積 0 ✓。

答案 y₁y₂ = -16,x₁x₂ = 16,OA·OB = 0,故 OA⊥OB 為定值

採分點 設線理由 1 分;聯立與韋達 2 分;兩乘積 2 分;點積與垂直 2 分;取 t 回代 1 分

易錯點 用 y=k(x−4) 設線漏掉豎直線;另需避免把 x₁x₂ 寫成 y₁y₂/4

題2

題2 若把定點改為 (1, 0),定值還存在嗎?求新的 y₁y₂、x₁x₂ 與 OA·OB,並給出「垂直為定值」的一般條件。

解析

一般式:聯立 y² − 2p·t·y − 2p·x₀ = 0,故 y₁y₂ = −2p x₀,x₁x₂ = (y₁y₂)²/(2p)² = x₀²,點積 OA·OB = x₀² − 2p x₀ = x₀(x₀ − 2p)。

當 x₀ = 4 = 2p 時點積為 0,垂直成立;改取 x₀ = 1 時,y₁y₂ = -4,x₁x₂ = 1,點積 = -3 ≠ 0,OA 與 OB 不再垂直,定值消失。

回代:x₀=1 時方程 y²−4t·y−4=0,兩根積 -4 ✓,x 積 = (-4)²/16 = 1 ✓,點積 1+(-4) = -3 ✓。可見「垂直」不是過點弦的普遍性質,而是 x₀=2p 這一特定定點的產物。

答案 x₀=1 時 y₁y₂=-4、x₁x₂=1、OA·OB=-3≠0,垂直不再成立;一般條件為 x₀=2p

採分點 一般式 2 分;新定點三值 2 分;定值消失結論 2 分;一般條件 2 分;回代 1 分

易錯點 把「過 (4,0) 弦垂直」推廣到任意定點;另需避免一般式裡把 2p 寫成 p

三、規律小結與對照表

定點 x₀y₁y₂x₁x₂OA·OB
4(=2p)-16160,垂直
1-41-3,不垂直
一般−2p x₀x₀²x₀(x₀−2p)

小結:設 x=ty+x₀ 用韋達一次拿到兩個乘積,點積 x₀(x₀−2p) 定生死。x₀=4 得 0、x₀=1 得 -3,兩路閉合;垂直只在 x₀=2p 成立。以上參數均為自編示意設定。

四、自測清單

  • 能說明設 x=ty+x₀ 的理由
  • 能聯立並用韋達求 y₁y₂ 與 x₁x₂
  • 能由點積判定 OA⊥OB
  • 能寫出一般定點下的點積式
  • 能說明改定點後定值消失
  • 能回代 x₀=1 時 OA·OB=-3
編寫說明與學科依據

本文為備考教研體例稿:題目系按課程標準與聯招常見考點範圍編寫的仿真練習題,非真題原文;文中案例為示意內容,非真實記錄;文末欄目為學科依據說明,非逐條引文。涉及報考、錄取、證件、居留、資助等事項,一律以當年官方文件與學校正式通知為準。

學科依據:

  • 人教版高中教材(數學):導數及其應用、三角函數、數列、計數與概率相關章節
  • 《普通高等學校聯合招收華僑港澳臺學生考試大綱(數學科)》:相關考點考查範圍(僅作命題範圍參照,本文題目未與真題逐題比對)
  • 編寫說明:題目、選段、選項、數據與解析均為按常見考點獨立編寫的原創仿真題,未取自任何題庫、教輔或試卷;採分點為教研整理,非官方評分標準

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聯招數學·圓錐曲線中的定點與定值:拋物線弦的垂直定值
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