晚自习结束的铃声像一道闸门,放走了教室里的喧嚣和疲惫。凌凡却像激流中的一块石头,岿然不动。林天的突然介入和离去,像一阵风,吹皱了他思维的池水,却并未动摇其深处的决心。桌面上,摊开着两张草稿纸:一张是他自己那未完成的、带着参数k的直线方程推导;另一张是林天留下的、写着三种特殊情况下MN直线方程的“半成品”。
两种风格,两种路径,在此刻形成了无声的对峙。
凌凡的目光在两份草稿之间来回移动。林天的方法,灵动机巧,试图通过有限的特殊情形窥探全局真相,却意外地陷入了逻辑困境(L1和L2平行,无法提供有效交点信息)。而他自己的方法,虽然计算繁琐,却是一条直抵核心的、未曾中断的康庄大道——尽管这条大道最后一段被迷雾笼罩。
“恒过定点……”凌凡再次咀嚼着这四个字,手指点着自己推导出的那个复杂方程: 8k y - 3√3 k2 (x + 4) = -3√3 (x-4)
这个方程必须对椭圆上任意点P(即对所有k值)都导致直线MN经过某个固定点(x0, y0)。这意味着什么?
一个关键的数学洞察在此刻如同闪电般照亮了他的脑海!
如果一条含参数k的直线方程恒过定点,那么将这个方程整理成关于k的多项式,该定点(x0, y0)的坐标必须使得k的各次幂的系数都为零!
因为只有这样,无论k取何值,方程左右两边才都能相等!
这才是处理这类“恒过定点”问题的通法!一把万能钥匙!
林天那取特殊值的技巧,只是这把万能钥匙的一种特殊尝试,而且在这种结构下似乎失效了。而他自己,在懵懂中,已经走到了正确的大门之前,只差临门一脚!
巨大的兴奋感瞬间驱散了所有困惑和犹豫。他立刻行动起来。
将方程所有项移到一边: 8k y - 3√3 k2 (x + 4) + 3√3 (x-4) = 0
整理成关于k的降幂排列: - 3√3 (x + 4) k2 + 8y k + 3√3 (x-4) = 0(方程★)
这是一个关于参数k的二次方程!对于椭圆上任意一点P(对应任意k值),这个方程都必须成立!
要使一个二次方程对任意k都成立,唯一的可能性是: 二次项系数 = 0 一次项系数 = 0 常数项 = 0
即:
1. -3√3 (x + 4) = 0 => x + 4 = 0 (因为-3√3≠0)
2. 8y = 0 => y = 0
3. 3√3 (x - 4) = 0 => x - 4 = 0
???
凌凡愣住了。
条件1要求 x = -4。 条件3要求 x= 4。 条件2要求 y= 0。
这根本不可能同时满足!这是一个矛盾方程组!
“这……这怎么可能?”凌凡感到一阵眩晕,仿佛攀登了许久,却发现山顶根本不存在。“难道题目错了?或者我哪里计算出了严重错误?”
巨大的挫折感几乎要将他淹没。他之前所有的努力和坚持,难道换来的就是一个荒谬的矛盾?
他不甘心!他绝不相信是题目错了!一定是哪里出了问题!
他强迫自己冷静下来,像侦探重新审视案发现场一样,从头到尾检查自己的每一步推导。从设参P(2cosθ, √3 sinθ),到求M、N坐标,到利用半角公式化简,再到求直线MN方程,最后到整理成关于k的方程……
一步,一步,又一步……
他的目光死死锁定在最后那一步——整理成关于k的二次方程(方程★)。
- 3√3 (x + 4) k2 + 8y k + 3√3 (x-4) = 0
……对任意k成立……
……需要各项系数为零……
……导致矛盾……
“等等!”凌凡猛地抓住了脑海中的一丝闪光,“对任意k成立……这句话真的完全正确吗?”
他重新审视问题。参数k = tan(θ/2),θ是椭圆参数角。当P点在椭圆上运动时,k可以取一切实数吗?
显然不是!
因为P点异于A、B,所以θ ≠ 0, π,所以θ/2 ≠ 0, π/2,所以 k = tan(θ/2) ≠ 0 且 k → ∞ (当θ→π时)? 不,θ→π时,P→B(2,0),但P异于B,所以k可以趋近于无穷,但取不到无穷。k的取值范围是(-∞, 0) ∪ (0, +∞)。k可以取所有非零实数!
那么,方程★是一个关于k的二次方程,它需要对所有非零实数k都成立!
要求一个二次方程对所有非零实数k都成立,和对所有实数k都成立,是一回事吗?
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