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【原创】当高考解几遇上纯几何

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最近沉迷用纯几何解决解析几何,感觉屡试不爽,特来发帖写写
注:
1.本帖主要涉及高考难度以及高中竞赛(如数联一试)的高考解析几何
2.本帖旨在介绍一些纯几何方法解决解析几何的方法与实例
3.本帖难免涉及到少量非高考范围的方法,不过限于我的能力应该不会难到哪去
4.本帖在周末或节假日不定期更新

5.【高亮】重要的事情说三遍!
切勿使用本帖所述方法调.戏敬业的高考阅卷老师!否则后果自负!
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IP属地:上海1楼2018-09-15 22:14回复


    IP属地:湖南来自Android客户端2楼2018-09-15 22:15
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      性质1:圆锥曲线第二定义:
      CF1=e*CD

      抛物线和双曲线有类似性质
      这个性质实在是太简单了,我们看下一个


      IP属地:上海3楼2018-09-15 22:18
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        性质2:圆锥曲线的第一定义
        CF_1+CF_2=2a

        双曲线有类似定义
        这个性质可能更加简单??我们继续


        IP属地:上海4楼2018-09-15 22:22
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          性质3:圆锥曲线的光学性质
          以椭圆为例
          直线CF_1与CF_2关于C点处椭圆的切线(或法线)对称

          以椭圆为例下给出证明:
          设某动点C的轨迹为椭圆,它在C点处的速度方向为CP方向
          由于CF_1+CF_2为定长,故速度在CF_1与CE方向上分量大小相等
          因此sin∠PCF_1=sin∠PCE
          即∠PCF_1=∠QCF_2
          即直线CF_1与CF_2关于C点处切线(或法线)对称


          IP属地:上海5楼2018-09-15 22:35
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            以上是三个最基本、最“初等”的性质,现在来看一道例题
            [2018全国一卷]
            如图椭圆中心在原点,F和F_2在x轴上为其焦点,E为其准线与x轴的焦点
            CD为过F的焦点弦,求证∠CEF=∠DEF

            为了描述点C,D的性质,结合CD为焦点弦,可以考虑椭圆第二定义,
            如图作C,D在准线上的投影M,N
            则CF=eCM,DF=eDN,其中e为离心率
            故CF/DF=CM/DN①

            设∠CEF=α,∠DEF=β,则∠MCE=α,∠NDE=β
            CF/DF=S(△CEF)/S(△DEF)=(0.5CE*EF*sinα)/(0.5DE*EF*sinβ)
            =(CEsinα)/(EF*sinβ)=(CM/cosα *sinα)/(DN/cosβ *sinβ)=(CM/DN)*(tanα/tanβ)
            该式与①对比,即得tanα/tanβ=1
            即α=β,证毕


            IP属地:上海6楼2018-09-15 22:52
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              也许6楼的2018年高考题你写上去还不一定扣分(因为没哪里超纲)
              而且如果是平常当成练习题不用动笔就能口算,感觉钻了空子,真刺激
              这就是纯几何的魅力所在
              但是!现在我们就要开始一些一去不返的道路了
              我们需要了解一下三个纯几何利器:
              1.仿射变换
              2.射影几何
              3.极点与极线
              限于本帖的目的,在此不会详细介绍它们,当然你可以在数竞书籍中(如小丛书的平几篇)中找到它们


              IP属地:上海7楼2018-09-15 23:00
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                成功的激起了我对数学的热情


                IP属地:江苏来自iPhone客户端8楼2018-09-15 23:00
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                  点一手关注


                  来自Android客户端9楼2018-09-15 23:06
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                    由于本帖也许还有高考党,在此先粗略解释一下
                    1.仿射变换
                    相当于图片.png的拉伸,这个极其适合处理有关椭圆的问题
                    为什么呢?
                    比如这是个椭圆x²/a²+y²/b²=1(a>b>0)

                    我们拉伸一下它,或者专业一点叫做改变x轴的比例尺(这个操作似乎在三角函数图像那一章经常出现)
                    更专业一点,我们可以让所有横坐标x变成x',其中x=ax'/b (x'=bx/a)

                    就能变成一个圆
                    这是(理所应当)因为若x²/a²+y²/b²=1
                    那么由于x=ax'/b
                    故x'²/b²+y²/b²=1,它是一个圆
                    以上操作就叫做仿射变换
                    首先,如果ABC三个点在一条直线上,经过仿射变换后A'B'C'仍在一条(新的)直线上
                    这很好理解,可以随意地想象一下
                    其次,仿射变换后直线的斜率成正比例变换
                    这是因为变换前k=(y_2-y_1)/(x_2-x_1)
                    变换后k'=(y_2-y_1)/(x'_2-x'_1)=a/b*((y_2-y_1)/(x_2-x_1))=ak/b
                    这是正比例变化的


                    IP属地:上海11楼2018-09-15 23:23
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                      -


                      IP属地:广东来自iPhone客户端12楼2018-09-15 23:23
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                        性质4:已知椭圆上一点与其x轴(或y轴)两顶点连线的斜率乘积为定值

                        事实上,我们可以如法炮制11L的操作
                        将A点变到A',B对应B',C对应C',则A',B',C'都在x²/b²+y²/b²=1这个圆上
                        所以,我们突然就知道C'A'与C'B'垂直
                        即k(C'A')*k(C'B')=-1

                        根据10L,我们还知道斜率的变化关系:
                        k(C'A')=ak(CA)/b ,
                        k(C'B')=ak(CB)/b
                        因此k(CA)*k(CB)=-b²/a²为定值


                        IP属地:上海13楼2018-09-15 23:25
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                          收藏收藏,有几个东西一直不知道证明


                          来自Android客户端14楼2018-09-15 23:28
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                            性质5:已知的椭圆中CD为任意一弦,M为其中点,求证OM与CD斜率乘积为定值
                            在学校范畴内,我们一般使用“中点弦”的方法进行证明,我们在这里使用仿射变换进行证明

                            我们再次如法炮制
                            A点对应A',B对应B',C对应C',D对应D',M对应M'...
                            此外,我们还会惊奇地发现O点没有变化(它仿射变换后还在原点)
                            此外的此外,我们必须指出,M'仍然是C'D'的中点,这一点“压缩图片”的观点来看是显而易见的

                            因此在这个圆里,由垂径定理知OM'垂直C'D'
                            即k(C'D')*k(OM')=-1
                            类似13L,我们知道
                            k(C'D')=ak(CD)/b
                            k(OM')=ak(OM)/b
                            故k(CD)k(OM)=-b²/a²,是一个定值


                            IP属地:上海15楼2018-09-15 23:36
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                              这里又来一个例题,它的构图复杂,标答...更加复杂
                              让我们使用仿射变换解决它

                              如图,椭圆中CD为过原点O的任意一弦,P,Q为椭圆上任意两动点(在CD同侧),CQ,DP交于点R,DQ,CP交于点H,求证k(CD)*k(RH)为定值
                              同样地仿射变换,为了提升熟练度我们不再标撇号,直接看下图
                              (实际上是我懒
                              我们只需要在下图中证明CD与RH斜率乘积为常数,其中CQPD都在一个圆上

                              事实上,现在CD是直径啦,所以∠CQD=∠CPD=90°
                              因此H为三角形CRD垂心
                              所以k(CD)*k(RH)=-1
                              回到原题即有k(CD)*k(RH)=-b²/a²
                              是不是很简单啊


                              IP属地:上海16楼2018-09-15 23:56
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