1、 号问题的极点、 极线结构 李伟健 ( 安徽省滁州中学, ) 文 提出的 号数学问题内容如下: 中, 以 为轴( 长轴或短轴均可) 作一椭 圆交 于 , 交 于 设 、分别是点、 关于直线 的对称点,交于 求证: 文 给出了证明方法, 之后文 、 文 进行了大篇幅的讨论分析, 得出的结论极富美 感, 但两者推理过程由于计算过于繁琐而稍显不 和谐, 笔者从极点、 极线出发简化文 的证明; 另 外文 对文 的推广工作并不彻底, 本文对文 补充完善, 并彻底推广了文 的工作; 此外, 回归原问题, 在思考 号问题的结构过程中, 得到了一个有趣性质, 并以此为基础, 解释了文 作者赵忠华老师利用几何画
2、板发现的一个有 趣现象 文 推理过程的简化 文 对 号问题开展分析讨论, 得出两 个结论, 即为: 结论以 中的 为长轴( 实轴) 的 椭圆( 双曲线) 交此三角形的另两边 、 分别 于点、设、分别是点、关于直线 的对称点, 、分别是、在轴上的射影, 连 交于 , 连 交 于 , 连 交 于, 过点、分别作椭圆( 双曲线) 的切线交于 点 , 则 、五点共线 文 同样对数学问题 试图对结论进 行推广, 探究得到的个结论, 概括地来说, 即为 如下结论: 结论 设,是非退化二阶曲线 上不同的四点, 连直线 、 交于点, 连直线 、 交于点, 过点,分别作曲线的切 线交于点, 过点,分别作曲线的切
3、线交于 点 则 、四点共线 该结论具有和谐的美感, 不足之处在于论证 过程过于繁琐而失去美感, 本文从极点与极线的 角度, 结合配极原理, 予以论证, 即: 证明记 , 由于是自极 点三点形, 直线为的极线, 因为 , 与相切于点, 所以直线 是点的极 线, 且经过点, 根据配极原理, 点的极线必过 点, 同理直线也过点, 即、四 点共线 文 工作的彻底推广 文 所得结论较文 来说, 另一个不足之 处在于, 与文 相比, 丢失了两个点, 实际上、 两点在结论中情形是一样的, 本文拟弥补缺 失的两个点, 要想补出这两个丢失的点, 必须了解 此两点的由来, 文 中直线与直线, 交 于无穷远点, 此
4、点在位于的极线上, 至此, 、与、的由来实际上是过的极线上一点 与曲线的交点, 接下来, 就可以把文 迷失的 两点再现出来, 即: 结论 设为的极线上一点, 过作两 条直线, 分别交于点、,、 , 且 , , 则 、在的极线上 证明根据完全四点形 的调和性, 数学通报 年第 卷第期 必在的极线上, 且( , ), ( ,) , 所以(,) ( ,) , 又因为 公共点自对应, 所以(,) (, ) , 所以直线、 三点共线, 即为在 的极线上 行文至此, 在结论 、 的基础上, 文 所 得的结论彻底推广后的一般情形如下: 定理设、是非退化二阶曲线四 点, 设 , , 点 是曲线 在、处切线的交
5、点,为直线 上一点, 直 线 、 与曲线另一交点分别为、 , 且 , , , , 则 、五点共线 注文 实际上是为无穷远点的特殊 情形 号问题的结构 反思文 的简化证明过程, 实质上揭示了 号问题结构实质上是极点、 极线 直线 为的极线紧紧依赖于完全四点形 内接 于这一事实, 正是这一点导致、四点 共线, 因此说这一结果是平凡的, 通过对“ 完全四 点形 内接于” 这一条件思考, 笔者发现, 完全四点形 未必需要四点,均 与接触, 事实上有两点就可以了, 即: 定理设直线 与非退化二阶曲线相切 于点, 直线与非退化二阶曲线相切于点 , , , , 直 线 交于另一点, 直线 交于另一点 , 那
6、么直线为的极线 证明以、为束心与另外四点, 连接, 由二阶曲线的基本定理知 (,) (,) , 用直线 、 分别截以、为束心的线束, 则有 (,) ( ,) , (,) ( ,) 所以 (,) ( ,) , 因此( ,)(, ) , 所以( ,)( ,) , 故(, ,) (, ,) , 又因为两点列的交点自对应, 所以有 ( ,) (, ,) 年第 卷第期 数学通报 因此 、 、 三线共点, 即为 根据完全四点形 的调和性, 所以点 在的极线上, 又因为在点的极线上, 所以 点在的极线上, 所以直线为的极线 从证明过程看, 、 、 三线交于点, 可以推出欧几里得几何学中难以解释的现象变得 自
7、然, 如文 提出的如下性质, 即为本文的推 论, 即: 推论在双曲线所在的平面内任取一点 ( 该点不在渐近线和双曲线上) , 过此点作两条渐 近线的平行线, 则这两条直线与双曲线交于两点, 与渐近线交于两点, 则双曲线上两点连线平行于 渐近线上两点连线 这一结论放到射影空间内就好解释了, 双曲 线的渐近线实际上是其与无穷远直线交点处的切 线, 为了便于解释, 如图所示: 双曲线上两点连线 , 渐近线上两点连线 交 于无穷远点, 所以二者必然平行 注该结论属于赵忠华老师 从证明的结果看, 直线为的极线, 设 , , 则有如下: 推论 、四点共线, 此线就是的 极线, 也是曲线的 线 注这一图形蕴
8、藏着大量的共线点, 有兴趣 的读者不妨一试 参考文献 数学问题与解答数学通报, , () : 数学问题与解答 数学通报, , () : 林建 新对数学问题 的研究性 学 习 数 学 通 报, , () : 杨华对数学问题 的再研究数学通报, , () : , 赵忠华双曲线一个优美性质的发现中学数学教学, () : ( 上接第 页) 的必修课那般常态化, 综合化, 但不可否认的是, 模型教学中学生的学习方式改变了, 学生的多种 能力提升了, 数学课堂更鲜活了, 效果也更好了! 值得称道的是将要使用的新修订或编写的高中课 标教材已把“ 数学建模” 等核心词直接作为章节标 题的一部分, 这表明模型的
9、功能性地位不改变( 素 材、 载体) , 但模型的延伸价值( 由已知模型的探讨 到未知模型的建立) 已受到重视, 学生应用意识、 实践能力的培养才能落到实处 希望模型教学是今后数学课堂教学改革中一 道靓丽的风景线, 学生通过多种合作交流活动学 中做, 做中学, 真正体会数学的实用价值, 为数学 学科育人奉献一份力量! 参考文献 张思明张思明与中学数学建模北京: 北京师范大学出 版社, , 章建跃, 李伯青, 金克勤, 董凯 体现函数建模思想, 加强信息 技术应用 “ 函数 ( ) 的修订研究报告” 数学通报 , () : 张唯一高中概率教学中模型思想的渗透与培养数学通 报 , () : 数学通报 年第 卷第期