冬日的夜晚来得格外早,晚自习的铃声响起时,窗外已是漆黑一片,只有教室里的日光灯投下冰冷而明亮的光晕,将伏案的身影拉长又重叠。空气里弥漫着纸张、墨水和一种名为“奋斗”的沉闷气息。
凌凡正深陷于他的“灵感”后续。凭借着“半角公式”那神来之笔的化简,m、N坐标已变得异常简洁:m(4, 3√3 k), N(-4, 3√3 \/ k), 其中k = tan(θ\/2)。他正在推导直线mN的方程,草稿纸上密密麻麻却条理清晰地排列着计算步骤。
就在他即将求出直线方程的一般式时,一个略带犹豫和烦躁的声音在他斜前方响起。
“唉……这题也太绕了吧?完全没思路啊!”
是赵鹏。他正用力地挠着头,几乎要把那本就稀疏的头发挠秃,面前的数学练习册上,一道题目被他用笔戳了无数个点,仿佛要用物理方式戳出个答案来。那题目恰好也是一道解析几何题,涉及抛物线和直线交点,证明某个角度关系。
凌凡下意识地瞥了一眼,脑子还沉浸在椭圆和正切函数里,一时没转换过来。
赵鹏唉声叹气了半天,左右看了看,目光最终落在了后排,落在了那个最近屡次被老师点名、甚至解出了思考题的凌凡身上。他像是抓住了最后一根救命稻草,压低声音,隔着过道喊了一声:“凡哥?凡哥!睡了没?救命啊!”
凌凡被从数学世界里拽出来,愣了一下,看向赵鹏那哭丧着的脸:“怎么了?”
“这题,这题!”赵鹏像递求救信一样把自己的练习册推过过道,手指点着那道让他崩溃的题,“完全没头绪,答案就写个‘略’,略他个鬼啊!你看得懂不?”
凌凡接过练习册。那是一道关于抛物线y2=4x的题,一条动直线过定点(1,0)与抛物线相交于A、b两点,求证∠Aob恒为直角(o为原点)。
如果是以前的凌凡,看到“抛物线”、“动直线”、“恒为直角”这些词,大概率会和赵鹏一样头大,然后直接放弃。但此刻,他刚刚经历了对椭圆压轴题的“拆解”和“灵感化简”,大脑正处于一种高度活跃的“解析模式”。
他几乎是条件反射般地启动了“拆解”流程:
1. 目标:证明∠Aob = 90°。
2. 如何证90°?→ 想到向量点积为0,或者斜率乘积为-1(但需考虑斜率不存在情况),或者几何中的勾股定理。他优先选择向量法,因为坐标化后计算往往更直接。
3. 需要什么?→ 需要点A、b的坐标。
4. 如何求A、b坐标?→ 是直线与抛物线的交点。需要先求出直线方程。
5. 直线已知?→ 动直线过定点(1,0),但斜率未知。需设直线方程。
一条清晰的思路链瞬间在他脑中形成!这感觉,就像他刚刚在自己的战场上清理出一条通路,现在看到旁边战友卡在类似的障碍前,他几乎能一眼看出那条被隐藏的路径。
他的心跳微微加速,不是因为紧张,而是因为一种……分享和验证的冲动?他看了看赵鹏那充满渴望和怀疑的小眼睛,又看了看自己草稿纸上那即将完成的椭圆题。
“我试试看。”凌凡的声音比平时沉稳了一些。他拿起笔,在赵鹏的草稿纸空白处写起来。
“你看,”他一边写一边低声讲解,声音控制在只有他们两三人才听得见的范围,“这种动直线过定点的,一般先设直线方程。”
他写下:【设直线Ab方程】:过点(1,0),设斜率为k,则方程为 y = k(x - 1)
赵鹏似懂非懂地点点头:“嗯嗯,然后呢?”他没想到凌凡真的立刻就有了方向。
“然后,求交点A、b啊,联立直线和抛物线方程。”凌凡继续写。 【联立】:y = k(x-1) 与 y2 = 4x 代入:[k(x-1)]2 = 4x → k2(x2 - 2x +1) = 4x → k2x2 - 2k2x + k2 - 4x = 0 整理:k2x2 - (2k2+4)x + k2 = 0 (这是一个关于x的二次方程)
“这个方程的两个根x1, x2,就是A、b两点的横坐标。”凌凡点着这个二次方程。
“哦——”赵鹏拖长了声音,眼睛亮了一点,似乎跟上了一点节奏。
“接下来,”凌凡关键的一步来了,“你不是要证∠Aob是90°吗?o是原点,那向量oA和ob点积为0就行。” 他写下:【需证】:向量oA· 向量ob = 0 即:x1x2 + y1y2= 0
“现在,我们需要用我们设的参数k,来表示x1x2 和 y1y2。”凌凡的思路极其清晰,“根据韦达定理,对于刚才那个二次方程……” 他写下:x1+ x2 = (2k2+4) \/ k2 x1 * x2 = (k2) \/ k2 = 1 (二次方程常数项除以二次项系数)
“哇!x1*x2直接就是1?!”赵鹏惊讶地叫出了声,立刻又捂住嘴,紧张地看了看四周,还好没人注意。这个神奇的结果让他精神大振。
“对,你看,直接算出来了,是1,跟k没关系。”凌凡也笑了笑,这种代数运算展现出的简洁美,总是让人愉悦。“接下来算y1*y2。”
“y1和y2是直线上的点,所以 y1 = k(x1-1), y2 = k(x2-1)” 所以 y1*y2= k2 (x1-1)(x2-1) = k2 [ x1*x2 - (x1+x2) + 1 ]
“这里面的x1x2我们知道是1,x1+x2刚才韦达定理也有。”凌凡一边说一边代入: y1y2 = k2 [ 1 - ( (2k2+4)\/k2 ) + 1 ] = k2 [ 2 - (2k2+4)\/k2 ] =k2 * [ (2k2 - 2k2 - 4) \/ k2 ] \/\/ 通分 =k2 * [ (-4) \/ k2 ] =-4
“卧槽!”赵鹏这次没忍住,一句惊叹脱口而出,引来前排几个同学回头观望。他赶紧缩了缩脖子,脸上满是难以置信的兴奋,“又算出来了?!是-4?!也是常数?!”
“对,也是常数。”凌凡保持着冷静,“现在,向量点积 x1x2 + y1y2 = 1 + (-4) = -3 ≠ 0啊?”
“啊?不等于0?那不是白搞了?”赵鹏一下子又蔫了,像是被戳破的气球。
凌凡却皱起了眉头,不对啊,这思路应该没错。他快速检查了一遍计算过程,没错。那问题出在哪?他盯着那个-3。
突然,他注意到了!斜率k!
“等等!”他猛地压低声音,“我们设直线方程的时候,假设了斜率k存在。但如果直线斜率不存在呢?也就是这条动直线如果垂直于x轴呢?”
赵鹏懵了:“啊?还有这种情况?”
“当然有!”凌凡的思维无比敏锐,“过定点(1,0)且垂直于x轴的直线,就是x=1!我们得单独考虑这种情况!”
他立刻在草稿纸角落计算:当直线为x=1时,与抛物线y2=4x联立,得y2=4,所以y=±2。即交点A(1,2), b(1,-2)。 此时,向量oA(1,2),ob(1,-2),点积=11 + 2(-2) = 1 - 4 = -3 ≠ 0。 “哦,这种情况下,∠Aob也不是直角。”凌凡沉吟道,“但是……等等,题目是要求证‘恒为直角’,现在算出来不是……难道题目错了?”
两人面面相觑。凌凡再次仔细读题:“求证∠Aob恒为直角”。
“恒为直角……我们算出来点积是-3,不是0……但-3是个常数!”凌凡捕捉到了关键,“点积是个常数-3,而不是随着k变化的量,但这也不等于0啊……”
就在两人陷入僵局时,旁边一个清冷的声音轻轻地飘过来:“你们……是不是忘了考虑o、A、b三点共线的情况了?”
是苏雨晴!她不知何时已经停下了笔,静静地听着他们的讨论。她显然听到了赵鹏那两声压抑的惊呼和最后的困惑。
凌凡和赵鹏同时转头看向她。
苏雨晴微微侧过身,声音平静如水:“当A、b、o三点共线时,那个角度不存在,自然不是直角。这种情况应该排除在外。而你们设的直线方程y=k(x-1),当k=0时,直线就是y=0,也就是x轴,此时A、b两点和o都在x轴上,三点共线。你们用韦达定理时,假设了方程有两个根,但没考虑这种情况是否包含在内。”
一语点醒梦中人!
凌凡瞬间反应过来!对!k=0时,直线是y=0,与抛物线y2=4x交于(0,0)和……嗯?y=0代入,x=0?只有一个交点?是重合了?他立刻意识到,当k=0时,直线与抛物线其实相切于原点?(这里需要验证,但无论如何,k=0是特殊情况)
而题目中“异于A、b”可能隐含排除了这种退化情况。更重要的是,苏雨晴指出了关键:只有当A、b、o不共线时,讨论∠Aob才有意义。而他们计算出的点积恒为-3,恰恰说明在A、b、o不共线的情况下,∠Aob根本不是一个直角,而是一个大小固定的钝角(因为点积为负)!
凌凡立刻重新审题,猛地一拍脑门:“靠!赵鹏!你看错题了!不是证∠Aob是直角!是证∠AFo是直角!F是焦点(1,0)!你看的那个定点(1,0)就是焦点F!不是o!”
赵鹏:“???” 他赶紧抢过练习册,瞪大眼睛仔细看:“……求证∠AFb恒为直角……呃……”他的脸瞬间涨成了猪肝色,“卧槽……我看错了……我把F看成o了……”
闹了半天,他不仅看错了点,还差点把凌凡带进沟里!一场轰轰烈烈的计算和讨论,居然始于一个眼瞎的误读!
凌凡顿时哭笑不得。苏雨晴也忍不住抬手轻轻掩了一下嘴角,似乎也被这个乌龙逗乐了。
“对不起啊凡哥……”赵鹏尴尬得恨不得钻进地缝里。
凌凡摆摆手,虽然无奈,却并不生气。他甚至有点感谢这个乌龙。这次小范围的、突发性的讲解,虽然对象是个坑货,题目还是个错的,但整个过程,却极大地验证了他的思路!
他的“拆解-分析-选择工具-计算”这套流程,在面对一个陌生问题时,是完全行之有效的!他甚至考虑到了斜率不存在的情况!虽然最后被原题误导,但整个思维过程是严谨且成功的!
而且,还意外地得到了苏雨晴的指点(虽然是指出他们跑偏了),这让他意识到考虑问题需要更全面(排除退化情况)。
“没事,”凌凡把练习册推回去,脸上带着一种经过实战检验后的自信笑容,“反正,如果是证∠AFb是直角,思路也差不多,还是设线、联立、用韦达定理表示坐标差或者向量点积,应该能证出来。”
赵鹏看着凌凡那笃定的样子,眼神里充满了真正的佩服:“凡哥,你牛逼!真的!我感觉我听懂了一大半!虽然题看错了……但你讲得比老师还清楚!”
这时,学习委员抱着一摞作业本走过来,恰好听到最后几句,好奇地看了一眼凌凡桌上那张写满了复杂计算的草稿纸,眼中闪过一丝惊讶。
凌凡只是笑了笑,没再说话,重新拿起笔,目光回到了他那道椭圆题上。
教室再次安静下来。
但有些东西,已经悄然改变。凌凡感觉到,经过刚才那番磕磕绊绊却又异常真实的讲解,他对自己那套方法的信心更加坚实了。那些知识,在试图输出、传递给别人的过程中,在他自己的脑海里也变得更加清晰和系统化。
他开始明白,教会别人,才是最高的学习境界。
而那本刚刚启用的“数学灵感笔记”,似乎又有了新的素材可以记录——关于韦达定理在解析几何中的妙用,以及……一定要看清题目的惨痛教训!
晚自习的灯光,似乎也变得温暖了一些。
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(逆袭笔记·第六十四章心得:1. 输出是最好的输入:尝试向他人讲解题目,能极大深化自己对知识点的理解和组织能力,暴露思维盲点。2. ‘拆解’流程通用:面对陌生难题,固有的‘拆解-分析-工具选择-计算’流程具有普适性,需坚持运用。3. 考虑特殊情况:解析几何中,注意直线斜率不存在、三点共线、二次方程二次项系数为0等退化情况,保证严谨性。4. 警惕初始条件:审题!审题!审题!看清每一个已知点和结论,避免低级错误导致全程白费。5. 讨论激发思维:小范围讨论常能碰撞出意想不到的火花,借鉴他人思路,弥补自身不足。)