每日一题[309] 殊途同归

2010年北京市海淀区高三期末理科数学第8题(选择压轴题):

点$P$在曲线$C$:$\dfrac{x^2}{4}+y^2=1$上,若存在过$P$的直线交曲线$C$于$A$点,交直线$l$:$x=4$于$B$点,满足$\left|PA\right |=\left|AB\right |$或$\left|PA\right |=\left|PB\right |$,则称点$P$为“$D$点”,那么下列结论正确的是(     )

A.曲线$C$上的所有点都是“$D$点”

B.曲线$C$上仅有有限个点是“$D$点”

C.曲线$C$上的所有点都不是“$D$点”

D.曲线$C$上有无穷多个点(但不是所有点)是“$D$点”


cover 正确答案是 D.

 在这个问题中,$P,A,B$都是动点,其中$P,A$在椭圆上运动,$B$在直线上运动,为了便于思考,我们先固定一个点,看看其它两个点的变化情况,这有些类似于多参数问题中先固定一个参数.

思路一(由意琦行提供) 先固定点$A$,考虑当点$B$在直线上运动时,$P$点形成的轨迹(先不管“点$P$在椭圆上”这个条件),再让点$A$在椭圆上运动起来,考虑所有满足条件的点$P$形成的轨迹,看看这个轨迹与椭圆的关系. 记点集$$I_1=\left\{P|A\in C,B\in l,\left|PA\right |=\left|PB\right |\right\},$$点集$$I_2=\left\{P|A\in C,B\in l,\left|PA\right |=\left|AB\right |\right\}.$$ 对于点集$I_1$,固定点$A$,让点$B$在直线$l$上运动时,满足条件的$P$形成的集合即直线$l$关于点$A$缩放$\dfrac 12$的直线$l'$.因此,当点$A$在椭圆上移动时,直线$l'$也会随之平行移动,如下: 每日一题11.23-2 $l'$扫过的区域是如图的带状区域: 屏幕快照 2015-11-23 下午3.41.14 对于点集$I_2$,当固定点$A$,让$B$在直线上运动时,$P$点形成的轨迹即直线$l$关于点$A$对称的直线$l'$.因此,当点$A$在椭圆上运动时,$l'$扫过的区域为如下的带状区域: 屏幕快照 2015-11-23 下午3.56.45 接下来考虑$U=\{P|P\in C\}$与$I_1\cup I_2$的关系,显然,椭圆上有无穷多个“$D$点”,但不是所有点都是“$D$点”,椭圆上不在两个带状区域内的点不是“$D$点”,即横坐标在$(0,1)$之间的椭圆上的点不是“$D$点”.

思路二    在椭圆上任取一点$P(x_0,y_0)$,我们直接考查能否找到满足条件的$A,B$点. 因为$P,A,B$三点共线,所以只需要考虑横坐标即可. 若存在$A,B$满足$\left|PA\right |=\left|PB\right |$,当点$A$从$P$开始运动时,一开始有$|PA|<|PB|$,当点\(A\)为椭圆的左顶点时,若有$|PA|\geqslant |PB|$,则$A,B$存在,即$$x_0-(-2)\geqslant 4-x_0,$$解得$x_0\geqslant 1.$ 同理,若存在$A,B$满足$\left|PA\right |=\left|AB\right |$,当点$A$从$P$开始运动时,一开始有$|PA|<|AB|$,当点\(A\)为椭圆的右顶点时,若有$|PA|\geqslant |AB|$,则$A,B$存在,即$$2-x_0\geqslant 4-2,$$解得$x_0\leqslant 0.$ 屏幕快照 2015-11-23 下午4.02.14 综上知,当\(x_0\leqslant 0\lor x_0\geqslant 1\)时,$P$点为“$D$点”.

思路三 本题也可以纯从代数角度考虑,根据横坐标的关系得到“$D$点”的横坐标范围. 设$P(x_0,y_0)$,因为$P,A,B$三点共线,所以条件$\left|PA\right |=\left|PB\right |$,当且仅当$$x_A=2x_0-4,$$而$x_A\in[-2,2]$,解得$$x_0\in [1,3].$$同理条件$\left|PA\right |=\left|AB\right |$,当且仅当$$x_A=\dfrac {x_0+4}{2},$$由$x_A\in[-2,2]$,解得$$x_0\in [-8,0].$$综上知,当\(x_0\in[-2,0]\cup [1,2]\)时,$P$点为“$D$点”. 本题的三个思路各有千秋,思路一与椭圆的形状无关,抓住了题目本质;思路二是动点存在性问题的常见思考方向,考虑变化中的边界;思路三在这个题目中最简洁,但可推广性差.不管是哪种方法,都没有直接考虑动直线的问题,而是通过将距离相等转化成了三个点的横坐标的关系,去考虑对这三个点的转化与处理.


下面给出一道练习: 点$P$在直线$l$:$y=x-1$上,若存在过$P$的直线交抛物线$y=x^2$于$A,B$两点,且$|PA|=|AB|$,则称点$P$为“$A$点”,那么下列结论中正确的是( )

A.直线$l$上的所有点都是“$A$点”

B.直线$l$上仅有有限个点是“$A$点”

C.直线$l$上的所有点都不是“$A$点”

D.直线$l$上有无穷多点(但不是所有点)是“$A$点”

答案 A.

提示 以上三个思路都可以用在本题中,其中第一个思路中$P$形成的轨迹为抛物线的外部,示意图如下: 屏幕快照 2015-11-23 下午4.33.13  本题为2009年高考北京卷理科数学第8题(选择压轴题).

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