浅谈圆锥曲线中的数学思维

[遇见数学创作小组] 作者: 赵梦瑶

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现就读于天津市武清区天和城实验中学高二10班。我一直以来对数学、物理等理科有着浓厚的兴趣。发现靠经验,发明靠聪明,数学规律是天地与人间的真理。要能发现数学世界的新大陆,又要成为如何开拓耕耘发现的新土地的能人。

与此同时,特别鸣谢现在教我的数学老师――罗学礼老师对我数学的悉心指导,罗学礼老师对我的耐心、细心与恒心让我终生受益。

个人荣誉:

1、第27届校园艺术节硬笔书法比赛中 荣获区级二等奖,市级三等奖

2、第十届“地球小博士” 中学生地理科普知识大赛中 荣获全国一等奖

3、“好书伴我成长”征文大赛中 荣获区级一等奖

4、中国舞蹈家协会 中国舞蹈考级三级证书

5、“启蒙杯”美术才艺大赛中 荣获全国三等奖

6、《中国画》杯全国中小学美术书法大赛中 荣获新秀奖

7、“幸福杯”全国作文大赛中 荣获国家级二等奖

8、国家级英语竞赛(NECPS)荣获市级三等奖

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圆锥曲线(Conic Section, 又称圆锥截面、二次平面曲线)是平面解析几何中的重点内容,同时也是高考中占比较大的部分。它包括椭圆、双曲线、抛物线,反映出数学的特征和本质属性。圆锥曲线蕴含着 函数与方程思想、数形结合思想、化归与转化思想,其中数形结合思想是圆锥曲线的核心思想!它对于运算求解能力、推理论证能力有一定的要求。在我看来,圆锥曲线也隐含着数学中不易察觉的美学元素,椭圆、双曲线、抛物线都是从圆锥中切出来的。查看下面动画所示:

对于圆锥曲线,必须定义当先圆锥曲线的定义相当重要。因为数学的研究对象是事物的数量关系和空间形式,所以唯有透彻的理解圆锥曲线的定义,才能对其有更深层次的认知。

▌1、椭圆(Ellipse)

何谓椭圆?椭圆即平面内到定点

 的距离之和等于一个常数(大于

)的点的轨迹。与之对应的符号语言为:

提起椭圆,大家最先想到的就是宇宙中星体的运行轨迹。没错,宇宙中大多数星体的运行轨迹都是椭圆。一般都是以太阳为其中一个焦点运转。生活中的椭圆更是数不胜数,比如 鸡蛋、浴缸、橄榄球……当你把数学与生活相结合的时候,会发现数学并不是你想象中的那么枯燥无味。

圆锥曲线是高中解析几何中计算量较大的一部分,但其基本思路较为明确,一般都是联立⇒合并消元⇒韦达定理⇒中点坐标公式/弦长公式这种套路。

▌2、双曲线(Hyperbola)

何谓双曲线?双曲线即平面内与两个定点

 的距离差的绝对值等于常数(

 )的点的轨迹。与之对应的符号语言为:

双曲线最容易被忽略的就是绝对值的问题,由于思维定势,很可能导致双曲线就变成了一支。双曲线区别于椭圆最关键的一点就是:在双曲线中

最大,而在椭圆中

最大。双曲线被离心率和渐近线所限制,每一支双曲线都是无限趋近,但永远不相交于过原点的一次函数。

双曲线在很大程度上都与椭圆有相似之处,它们之间的联系也比较密切,但真正应用起来,就普遍感觉到双曲线的难度大于椭圆。

▌3、抛物线(Parabola)

何谓抛物线? 抛物线即平面内到定点

 的距离与到定直线

 的距离相等的点的轨迹。 与之对应的符号语言为:

 。

抛物线在建筑学上的应用非常广泛,其中拱桥就是抛物线的典型模型。物理学上的抛体运动也是抛物线的集中体现。类比于椭圆与双曲线,通过数形结合与转化分析,可以进一步体会抛物线中分类讨论的思想方法。

圆锥曲线完全可以与向量、导数、零点等模块相结合。圆锥曲线虽然作为解析几何的一部分,但是与其他领域有非常密切的联系。高中阶段主要对圆锥曲线的宏观表现进行研究,然而圆锥曲线的微观本质 也非常值得我们去探索。

圆锥曲线大多数都是含参求解,尤其是对于动点问题以及存在问题的讨论。要善于运用数学中特有的符号语言和图形语言,数学中最高级的语言就是图形语言。

如今流行一个词叫核心素养,说白了,就是当你把这个学科的知识点全部忘记的时候,还能剩下的东西。在数学领域,那便是数学思维。思维很重要,学会思维,才能更好的学习。在我看来,圆锥曲线最核心也是最本质的东西,可以概括为三句话:有点写坐标、有线列方程、相交必联立!这也是数学思维的体现,无论何时,最本质的东西不能丢。正如古人所言:人不能忘本。

绝对的原创作品,因学识浅薄,能力有限,不足之处敬请批评指正。🙏 愿此篇文章让更多人发自内心的热爱数学,乐于探索数学。(完, ✪部分图形自 mathworld.wolfram.com)

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