定点问题的主要类型是动直线过定点的问题.解决这类问题的思路源于教材中直线方程的点斜式或斜截式.我们知道,过点,斜率为
的直线方程为
,若要探索的问题是“无论k为何值,直线
都恒过某一定点,求此定点”,这时,我们思考的起点是从代数角度分析等式
对任意
成立应满足的条件.换句话说,要使
的变化对等式
,即
的成立没有影响,应满足的条件是什么?显然,如果
的系数不为零,则
的变化就会使等式不恒成立,故需满足
,进而
,从而求出定点.
若在上面问题中,令直线方程中的,此时,问题转化为方程
对于任意的a,b恒成立,求定点问题.从表面看,是含有两个参数的恒成立问题,但从上述变形过程可以看出,其本质与含有一个参数k的情形是一样的,因此,这两类问题可以相互转化.例如,在解决“判断直线
与圆
的位置关系”这样的问题时,只要注意到这是含有两个参数的直线恒过定点问题,问题就迎刃而解了.
例1 已知椭圆,过点
的直线与椭圆交于A、B两点,点A关于x轴的对称点为
,求证:直线
恒过定点.
【思路探求一】利用直线恒过定点问题的通法
本题要证明的是直线恒过定点的问题,说明直线
是变化的,那么,它的变化是由哪些量的变化引起的呢?显然是由两点
和B的变化引起的,进一步是由A、B两点的变化引起的,而A、B的变化是由过
的直线的变化引起的,所以,我们就可以设过
直线的斜率为参变量,将直线
的方程用斜率加以表示,然后通过代数变形,将参变量分离出来,令参变量系数为零,同时其他部分也为零,就可以求出定点了.
解法1:设过点的直线方程为
(
),
联立方程组,整理,得
.
设,
,则
,
.
则,直线
的方程为:
.
又,代入上式,
得.
展开,整理得
由于,
,且
,
不失一般性,假设,得
,
要使m的变化对等式的成立没有影响,当且仅当,
即直线恒过定点
.
经检验,直线AB斜率为零时,结论也成立.
故直线恒过定点
.
【方法总结1】动直线恒过定点问题的解法步骤:
第一步,根据运动变化产生的原因引入参变量,建立形如(
为参变量)的参变量与已知量的等量关系;
第二步,通过恒等变形,分离参变量,得到形如的方程;
第三步,令参变量的系数为零,得方程组,求解得到定点坐标
;
第四步,将定点坐标代入原式进行检验,下结论.
【思路探求二】由特殊到一般的方法
如果题目已经明确告诉我们动直线恒过某一定点,这时,我们可以先通过特殊情况找到这个定点,明确解决问题的目标,然后进行推理证明,这种先根据特殊情况找到定点,再进行一般性证明的方法就是特殊到一般的方法.
由于本题是要证明直线恒过定点,但没有告诉我们具体是哪一个点,为了明确解决问题的方向,我们可以结合几何直观,先确定大致的方向.由题意,点与点
是关于x轴对称的,而椭圆本身也是轴对称图形,所以,要找的定点一定在x轴上.这样,就为我们进行代数变形提供了明确的方向,即只要在得出直线
的方程后,令
,将
用
加以表示,然后化简,消参得常数即可.具体解法如下:
解法2:同解法1,得直线的方程为:
根据椭圆的对称性,结合几何直观,猜想直线一定过x轴上一定点.
此时,令直线方程中
,得
,
将,
代入上式得
,
所以,直线恒过定点
.
【方法总结2】由特殊到一般的方法
第一步,通过特殊位置分析,找出定点的位置特征或坐标;
第二步,根据猜想结论,确定代数变形方向,然后进行推理与证明.
小结:
综上,定点问题的解法有两个思路,一是通法,通法的优点是思路容易想到,而且适用范围很广,特别适用于不能明确到底过哪一个点时使用.但它的不足之处是运算量较大,对运算能力要求较高;二是由特殊到一般的方法,这个方法的关键一步是先获得定点的坐标或方向,在有明确目标的情况下再进行代数变形,优点是运算量较小,但对几何直观能力,分析问题能力要求较高.因此,在解决问题时可根据具体问题的特征灵活选择.