以空间图形为背景的轨迹问题的探求.doc

以空间图形为背景的轨迹问题的探求伴随新课程的不断深入，近几年高考试题，设置了一些开放题，具有新颖性、综合性.在知识网络交汇处设计试题是当今高考命题的一个方向，空间轨迹问题正是在这种背景下“闪亮登场”.这类题目已突破传统的筐筐，涵盖的知识点多，较抽象，学生求解起来颇感困难，得分率偏低，令人惋惜.本文通过几道典型例题的分析，寻求空间轨迹问题的探求方法.1 分析动点满足的几何性质；通过设轨迹上任意一点，根据条件求出动点的某些特征，再类比已学过的曲线的定义和性质，来寻求突破.1.1 利用线面垂直关系【例1】CDA1BD1111111C1B1A1 正方体中，点P在侧面及其边界上运动，在运动过程中，保持AP，则动点P的轨迹是（ A ） A.线段 PB.线段C.中点与中点连成的线段D.中点与中点连成的线段解：联想到线面垂直，转化为求AP运动所形成的面与垂直，易证，故选A.1.2 联想圆的定义 【例2】如图所在的平面和四边形所在的平面垂直，且， ， ，则点在平面内的轨迹是（ A ）A圆的一部分 B椭圆的一部分C双曲线的一部分 D抛物线的一部分， 有在平面PAB内，以AB所在直线为X轴，AB的中点为坐标原点，设P（x,y）则，化简得，注意到点P不在直线AB上，故除掉 选A.BCDAC1B1A1D1P2P1PP3P6P4P5练习：已知正方体的棱长为1，在正方体的表面上与点A距离为的点的集合形成一条曲线，则该曲线的长度为（ B ） A. B. C. D. 解：当点P在上底面时，连AP、A1P，在直角APA1中，求得PA1=，即弧P1P2的长.同理左侧面的弧P5P6、后侧面的弧P3P4的长也为；当点P在前侧面时，弧P1P6的半径为，因为直角A1P1A中，直角边A1P1的长为斜边P1A的一半，所以弧P1P6的圆心角为，从而弧P1P6的长为.同理右侧面的弧P2P3的长与下底面的弧P4P3的长的长也为.故曲线的总长度为，故选B.1.3 联想到抛物线的定义CDABD1C1B1A1EFPM【例3】 已知正方体的棱长为1，点M在棱AB上，且AM=，点P是平面ABCD内的动点，且点P到直线的距离的平方与点P到点M的距离的平方之差为1，则P点的轨迹为（A） A.抛物线弧 B.双曲线弧 C.线段 D.以上都不对解法一：过P作PF垂直AD于F，则PF垂直平面ADD1A1，过点F作FE垂直A1D1于E，连PE，则PE为点P到直线A1D1的距离，由已知，即，得， PF=PM，故P点的轨迹是以M为焦点，以AD为准线的抛物线，故选A. 解法二：以AB，AD所在直线为X轴Y轴建立直角坐标系，设P（x ,y）为轨迹上任意点，可得P到A1D1的距离平方为1+，=，所以1+-=1，整理得，故选A.C1D1A1B1DCBAP练习：在正方体的侧面ABB1A1内有一点P到直线AB与到直线B1C1的距离相等，则动点P所在曲线的形状为（ C） A.直线 B.双曲线 C.抛物线 D.圆解：因为B1C1垂直于平面ABB1A1，所以PB1为点P到直线B1C1的距离，于是问题转化为在平面ABB1A1内，点P到定点B1的距离与点P到定直线AB的距离相等.故根据抛物线的定义可知选答案C. 1.4 联想到球面的定义【例4】 如图，已知正方形的棱长为2，长为2的线段的一个端点在棱上运动，点N在正方形内运动，则中点的轨迹的面积是（ ）A.B. C. D.解：充分利用MN的长度不变，是直角三角形，P点为斜边的中点，.故点的轨迹是以为圆心，1为半径的球面位于正方体内的部分，因为要算具体面积，就必须求出几何体是球的哪些部分.分析可得，点P和棱、均交于各自的中点，即三条半径两两垂直，该部分球面与正方体围成的几何体是球的八分之一，故选D.2 利用向量工具；按立体几何的传统方法几乎无从下手时，恰当的运用向量，有踏破铁鞋无觅处，得来全不费工夫之感. 【例5】一定长线段AB的两个端点A、B沿互相垂直的两条异面直线、运动，求它的中点的轨迹.解：设MN为、的公垂线段，则MN与、两两垂直.如图，以N点为原点，直线为轴，直线NM为轴，以过点N所作直线的平行线为轴，建立空间直角坐标系. 设，则， P点坐标为，其中横坐标和纵坐标为变量，竖坐标为常量.P点必在MN的垂直平分面上,取MN的中点O，则，所以P点在以O为圆心，为半径的圆上.故P点的轨迹是MN的垂直平分面内的一个圆.PMRQADBC3 利用特殊点定位；把问题的形式向特殊化形式转化，得出结论，并证明特殊化后的结论适合一般情况.【例6】 如图所示，在三棱锥A-BCD中，P为CD的中点，动点M在ABD内部及边界上运动，且总保持PM平面ABC,求动点M的轨迹.解：先分析特殊位置；当点M在BD边上时，由PM平面ABC可得PMBC，此时点M是BD边的中点Q，当动点M在AD边上时，同理可得PMAC，此时点M是AD边的中点R.于是猜想动点M的轨迹为中位线RQ.实际上此题就转化为证明面，故命