第2课时 直线与椭圆的位置关系
类型一 直线与椭圆的位置关系
【例1】 已知动点M到两定点F1(-m,0),F2(m,0)的距离之和为4(0(1)求m的值;
(2)若直线l:y=kx+与曲线C有两个不同的交点A,B,求k的取值范围.
利用判别式判断直线与椭圆的位置关系的步骤
注意 对于椭圆方程,在第二步中得到的方程的二次项系数一定不为0,故一定为一元二次方程.
【训练1】 (1)已知椭圆C:+=1,直线l:(m+2)x-(m+4)y+2-m=0(m∈R),则直线l与椭圆C的位置关系为( )
A.相交 B.相切
C.相离 D.相交或相切
(2)已知直线l:y=x+m与椭圆C:+=1有公共点,则实数m的取值范围是( )
A.[-2,2]
B.[-3,3]
C.(-∞,-2]∪[2,+∞)
D.(-∞,-3]∪[3,+∞)
类型二 弦长问题
【例2】 (2024·新课标Ⅰ卷)已知A(0,3)和P为椭圆C:+=1(a>b>0)上两点.
(1)求C的离心率;
(2)若过P的直线l交C于另一点B,且△ABP的面积为9,求l的方程.
【规范解答】 (1)由题意,得解得
思维点1:利用待定系数法将方程组表达出来.
所以椭圆的离心率e===.
(2)由(1)知椭圆C的方程为+=1.
当直线l的斜率不存在时,
思维点2:分类讨论,讨论斜率不存在的特殊情况.
直线l的方程为x=3,B,|PB|=3,点A到直线PB的距离为3,此时S△ABP=×3×3=≠9,不满足条件,
当直线l的斜率存在时,设直线l的方程为
y-=k(x-3),
思维点3:讨论直线l斜率存在的情况.
联立直线l与椭圆C的方程,得消去y可得(4k2+3)x2-(24k2-12k)x+36k2-36k-27=0.
设点B(x0,y0),则
所以|PB|=|x0-3|=·=.
又点A到直线l的距离d=,
思维点4:求解△APB底边PB长度及高的表达式.
所以△ABP的面积
S=··=9,
思维点5:构造△APB的面积,列出方程.
解得k=或k=.
所以直线l的方程为y=x或y=x-3,
即x-2y=0或3x-2y-6=0.
本题以直线与椭圆位置关系为载体,考查求直线方程,体现了综合性.通过将面积问题转化为距离问题,考查学生分析、推理和表达的逻辑思维能力.通过联立直线与椭圆的方程将几何条件代数化,考查学生函数与方程思想、转化与化归思想.通过方程(组)的求解,考查学生的运算求解能力.
【训练2】 如图,在平面直角坐标系xOy中,椭圆+=1(a>b>0)的离心率为,过椭圆右焦点F作两条互相垂直的弦AB与CD.当直线AB的斜率为0时,|AB|=4.
(1)求椭圆的方程;
(2)若|AB|+|CD|=,求直线AB的方程.
类型三 中点弦问题
【例3】 (2025·福建福州模拟)已知椭圆C:+=1(a>b>0)的离心率为,椭圆上的点到焦点的最短距离是3.
(1)求椭圆C的方程.
(2)是否存在过点Q的直线交椭圆C于A,B两点,使得Q为线段AB的中点?若存在,求该直线的方程;若不存在,请说明理由.
中点弦问题常用的求解方法
1.点差法:即设出弦的两端点的坐标后,代入椭圆方程,并将两式相减,式中含有x1+x2,y1+y2,三个未知量,这样就直接联系了弦中点和直线的斜率,借用中点坐标公式可求得斜率,但要注意进行检验.
2.判别式法:即联立直线与椭圆的方程得到方程组,化为一元二次方程后由根与系数的关系求解.
【训练3】 (2025·南京、盐城调研)已知直线l与椭圆+=1在第二象限交于A,B两点,l与x轴,y轴分别交于点M,N,若|AM|=|BN|,则l的倾斜角是( )
A. B.
C. D.
1.(2023·新高考Ⅱ卷)已知椭圆C:+y2=1的左、右焦点分别为F1,F2,直线y=x+m与C交于A,B两点,若△F1AB的面积是△F2AB面积的2倍,则m=( )
A. B.
C.- D.-
2.(2023·全国甲卷)已知椭圆+=1,F1,F2为其两个焦点,O为原点,P为椭圆上一点,cos∠F1PF2=,则|PO|=( )
A. B.
C. D.
3.(2022·新课标Ⅱ卷)已知直线l与椭圆+=1在第一象限交于A,B两点,l与x轴,y轴分别交于M,N两点,且|MA|=|NB|,|MN|=2,则l的方程为________.
4.(2022·新课标Ⅰ卷)已知椭圆C:+=1(a>b>0),C的上顶点为A,两个焦点为F1,F2,离心率为.过F1且垂直于AF2的直线与C交于D,E两点,|DE|=6,则△ADE的周长是________.
5.(2022·北京高考)已知椭圆E:+=1(a>b>0)的一个顶点为A(0,1),焦距为2.
(1)求椭圆E的方程;
(2)过点P(-2,1)作斜率为k的直线与椭圆E交于不同的两点B,C,直线AB,AC分别与x轴交于点M,N.当|MN|=2时,求k的值.
第2课时 直线与椭圆的位置关系
关键能力·落实
【例1】 解 (1)由00),把点N代入,得+=1,解得b2=1,由c2=a2-b2,解得c2=3,所以m=.
(2)由(1)知曲线C的方程为+y2=1,联立曲线C与直线l的方程,得消去y,得x2+2kx+1=0,则有Δ=4k2-1>0,解得k2>.所以k>或k<-,所以k的取值范围为∪.
【训练1】 (1)A 解析 对直线l:(m+2)x-(m+4)y+2-m=0(m∈R),整理得m(x-y-1)+2(x-2y+1)=0,令解得故直线l过定点A(3,2).因为+=<1,则点A(3,2)在椭圆C的内部,所以直线l与椭圆C相交.故选A.
(2)B 解析 将直线l的方程与椭圆C的方程联立,得消去y得9x2+10mx+5m2-20=0①,因为直线l与椭圆C有公共点,所以方程①有实数根,则Δ=(10m)2-36(5m2-20)≥0,得-3≤m≤3.故选B.
【训练2】 解 (1)由题意知e==,2a=4.又a2=b2+c2,解得a=2,b=,所以椭圆的方程为+=1.
(2)当两条弦中的一条弦所在直线的斜率为0时,另一条弦所在直线的斜率不存在,由题意知此时|AB|+|CD|=7,不满足条件.当两条弦所在直线的斜率均存在且不为0时,设直线AB的方程为y=k(x-1),A(x1,y1),B(x2,y2),则直线CD的方程为y=-(x-1).将直线AB的方程代入椭圆方程中并整理得(3+4k2)x2-8k2x+4k2-12=0,由题意知Δ>0,则x1+x2=,x1·x2=,所以|AB|=|x1-x2|=·=.同理,|CD|==.所以|AB|+|CD|=+==,解得k=±1,所以直线AB的方程为x-y-1=0或x+y-1=0.
【例3】 解 (1)由题意得=,设椭圆右焦点为F,则F(c,0).椭圆上的点到焦点的最短距离是a-c,所以a-c=3,联立解得故b2=a2-c2=36-9=27,故椭圆C的方程为+=1.
(2)假设存在过点Q的直线交椭圆C于A,B两点,使得Q为线段AB的中点,设A(x1,y1),B(x2,y2),则两式相减得=,则=-·=-×=-,即kAB=-,则直线AB的方程为y-=-(x-1),即x+2y-4=0.经检验,该方程符合题意.所以存在过点Q的直线交椭圆C于A,B两点,使得Q为线段AB的中点,且该直线的方程为x+2y-4=0.
【训练3】 A 解析 如图,设点A更靠近点M,直线l:y=kx+b(k>0,b>0),代入椭圆方程得+=1,即x2+x+=0,则Δ=2-4××>0,得9k2+3>b2.设A(x1,y1),B(x2,y2),则x1+x2=.易得M,因为|AM|=|BN|,所以AB的中点也是MN的中点,故=,解得k=,故直线l的倾斜角为.故选A.
高考真题·重温
1.C 解析 将直线y=x+m与椭圆联立,得消去y可得4x2+6mx+3m2-3=0,因为直线与椭圆相交于A,B两点,则Δ=36m2-4×4(3m2-3)>0,解得-22.B 解析 因为|PF1|+|PF2|=2a=6 ①,|PF1|2+|PF2|2-2|PF1||PF2|cos∠F1PF2=|F1F2|2,即|PF1|2+|PF2|2-|PF1||PF2|=12 ②,联立①②,解得|PF1||PF2|=,|PF1|2+|PF2|2=21,而=(+),所以|OP|=||=|+|===.故选B.
3.x+y-2=0 解析 解法一:取线段AB的中点E,连接OE(O为坐标原点).因为|MA|=|NB|,所以|ME|=|NE|.设A(x1,y1),B(x2,y2).由题意可得kOE·kAB=×===-.设直线AB的方程为y=kx+m,k<0,m>0,令x=0,则y=m;令y=0,则x=-.所以点E的坐标为,所以k×=-k2=-,解得k=-,所以m2+2m2=12,解得m=2,所以直线AB的方程为y=-x+2,即x+y-2=0.
解法二:设线段AB的中点为E.由|MA|=|NB|,得E为线段MN的中点.设直线AB的方程为y=kx+m,k<0,m>0,则M,N(0,m),E.将y=kx+m代入+=1中并整理,得(1+2k2)x2+4kmx+2m2-6=0.由Δ=6k2-m2+3>0,得m2<6k2+3.设A(x1,y1),B(x2,y2),则x1+x2==2,解得k=-.又因为|MN|==2,所以m=2,符合题意,所以直线AB的方程为x+y-2=0.
4.13 解析 由题意知e==,所以a=2c,b=c,所以△AF1F2是等边三角形,所以DE垂直平分AF2,所以|AD|=|DF2|,|AE|=|EF2|,所以△ADE的周长为|DE|+|AD|+|AE|=|DE|+|DF2|+|EF2|.由椭圆的定义,可知|DE|+|DF2|+|EF2|=4a=8c.因为直线DE的斜率k=tan 30°=,所以直线DE的方程为y=(x+c),即x=y-c.由椭圆方程+=1,得3x2+4y2=12c2.将x=y-c代入并整理,得13y2-6cy-9c2=0.设D(x1,y1),E(x2,y2),则y1+y2=,y1y2=-,所以|DE|==·=c=6,解得c=.所以△ADE的周长是8c=13.
5.解 (1)依题意可知得故椭圆E的方程为+y2=1.
(2)由题可知直线BC的方程为y-1=k(x+2)(k≠0),设B(x1,y1),C(x2,y2),联立直线BC和椭圆E的方程,得整理得(4k2+1)x2+(16k2+8k)x+16k2+16k=0,所以x1+x2=-,x1x2=,由Δ>0得k<0,易知直线AB的斜率kAB=,直线AB的方程为y=x+1,令y=0,可得点M的横坐标xM=,同理可得点N的横坐标xN=.所以|MN|=========2,得k=-4.故k的值为-4.(共40张PPT)
第五节
第八章 平面解析几何
椭圆
第2课时
第八章 平面解析几何
直线与椭圆的位置关系
关键能力/落实
第一部分
——考向探究
类型一
直线与椭圆的位置关系
解
解
解析
解析
类型二
弦长问题
规范解答
规范解答
规范解答
规范解答
规范解答
解
解
解
类型三
中点弦问题
解
解
解
解析
高考真题/重温
第三部分
——明确方向
解析
解析
解析
解析
解析
解析
解析
解析
解
解
解
解
R
赢在欲点
第一步
联立直线方程和椭圆方程
第二步
消元,化简整理得到关于x(或y)的一元二
次方程
第三步
△>0台直线与椭圆相交;△=0台直线与椭圆
相切;△<0台直线与椭圆相离
Y
B
D
0
F
X
A
C
y
N
B
A
M
0
X
y
F
0
2
X
A微练(六十九) 直线与椭圆的位置关系
基础过关
一、单项选择题
1.已知直线l:kx+y+1=0,椭圆C:+=1,则直线l与椭圆C的位置关系是( )
A.相离 B.相切
C.相交 D.无法确定
2.过椭圆+=1的右焦点F2作一条斜率为2的直线与椭圆交于A,B两点,O为坐标原点,则△OAB的面积为( )
A. B.
C. D.
3.已知椭圆+=1的一条弦所在直线l的斜率为3,直线l与直线x=的交点恰为这条弦的中点M,则点M的坐标为( )
A. B.
C. D.
4.已知F1,F2是椭圆G:+=1的左、右焦点,过F1作直线l交G于A,B两点,若|AB|=,则△F2AB的面积为( )
A. B.
C. D.
5.(2025·河南质检)直线x-y+4=0经过椭圆+=1(a>b>0)长轴的左端点A,交椭圆于另外一点B,交y轴于点C.若=3,则该椭圆的焦距为( )
A. B.
C. D.
6.(2025·山东临沂模拟)已知A,B分别是椭圆C:+y2=1的右顶点和上顶点,P为椭圆C上一点,若△PAB的面积是-1,则P点的个数为( )
A.0 B.2
C.3 D.4
二、多项选择题
7.已知直线l:y=x+m与椭圆C:+=1,则下列结论正确的是( )
A.若C与l至少有一个公共点,则m≤2
B.若C与l有且仅有两个公共点,则|m|<2
C.若m=3,则C上到l的距离为5的点只有1个
D.若m=-,则C上到l的距离为1的点只有3个
8.设椭圆的方程为+=1,斜率为k的直线不经过原点O,而且与椭圆相交于A,B两点,M为线段AB的中点.下列结论正确的是( )
A.直线AB与OM垂直
B.若点M的坐标为(1,1),则直线方程为2x+y-3=0
C.若直线方程为y=x+1,则点M的坐标为
D.若直线方程为y=x+2,则|AB|=
三、填空题
9.已知点A(-2,0),B(0,1)在椭圆C:+=1(a>b>0)上,则椭圆C的方程为________;若直线y=x交椭圆C于M,N两点(点M在x轴上方),则|MN|=________.
10.直线5x+4y-1=0交椭圆C:+=1(a>b>0)于M,N两点,设线段MN的中点为P,直线OP的斜率等于,O为坐标原点,则椭圆C的离心率为________.
11.(2025·河北模拟)椭圆C:+=1(a>b>0)的左、右焦点分别是F1,F2,斜率为的直线l过左焦点F1且交C于A,B两点,且△ABF2内切圆的周长是2π,若椭圆的离心率为,则|AB|=________.
四、解答题
12.已知点B是圆C:(x-1)2+y2=16上的任意一点,点F(-1,0),线段BF的垂直平分线交BC于点P.
(1)求动点P的轨迹E的方程;
(2)直线l:y=2x+m与E交于点M,N,且|MN|=,求m的值.
13.已知椭圆C:+=1(a>b>0)的一个顶点为P(0,1),且离心率为.
(1)求椭圆C的方程;
(2)若直线l:y=x+m与椭圆C交于M,N两点,且|PM|=|PN|,求实数m的值.
素养提升
14.已知椭圆具有如下性质:若椭圆的方程为+=1(a>b>0),则椭圆在其上一点A(x0,y0)处的切线方程为+=1,试运用该性质解决以下问题:椭圆C1:+y2=1,点B为C1在第一象限中的任意一点,过点B作C1的切线l,l分别与x轴和y轴的正半轴交于C,D两点,则△OCD面积的最小值为( )
A.1 B.
C. D.2
15.(2025·八省联考)已知椭圆C的离心率为,左、右焦点分别为F1(-1,0),F2(1,0).
(1)求C的方程;
(2)已知点M0(1,4),证明:线段F1M0的垂直平分线与C恰有一个公共点;
(3)设M是坐标平面上的动点,且线段F1M的垂直平分线与C恰有一个公共点,证明M的轨迹为圆,并求该圆的方程.
微练(六十九) 直线与椭圆的位置关系
1.C 解析 由题知直线l过定点(0,-1),该点在椭圆C:+=1内部.故选C.
2.B 解析 由题知直线方程为y=2(x-1),联立解方程组得交点坐标为(0,-2),,所以S△OAB=·|OF2|·|yA-yB|=.故选B.
3.C 解析 由题意,设椭圆与直线l的交点为A(x1,y1),B(x2,y2),M,设直线l的方程为y=3x+m.将y=3x+m代入椭圆方程,整理得12x2+6mx+m2-75=0,所以Δ=36m2-48(m2-75)>0,x1+x2=-,又x1+x2=1,故m=-2,所以直线l:y=3x-2,又M在直线l上,则y0=-,故M.故选C.
4.C 解析 由G:+=1知c2=52-42=32,所以F1(-3,0),把x=-3代入椭圆方程可得y2=,故y=±,又|AB|=,所以AB⊥x轴,则S△F2AB=|AB|×2c=××6=.故选C.
5.C 解析 在直线方程x-y+4=0中,令y=0,则x=-4,令x=0,则y=4,则a=4,点C的坐标为(0,4),点A的坐标为(-4,0).设B(m,n),因为=3,所以(m+4,n)=3(-m,4-n),则解得所以B(-1,3),代入椭圆的方程得+=1,所以b2=,所以椭圆的焦距为2=2×=.故选C.
6.C 解析 由C:+y2=1可得a=2,b=1,所以A(2,0),B(0,1),|AB|=,所以直线AB的方程为y=-x+1,设过点P与直线AB平行的直线l:y=-x+t(t≠1),则直线l与直线AB的距离d==|t-1|,因为点P为直线l与椭圆的交点,所以点P到直线AB的距离为d,因为△PAB的面积是-1,可得S△PAB=×|AB|×d=××|t-1|=-1,解得t=或t=2-,当t=时,由可得(x-)2=0,解得此时P,当t=2-时,由可得x2+(2-4)x+10-8=0,因为Δ=(2-4)2-4(10-8)=16(-1)>0,此时直线l与椭圆有2个交点,故满足条件的点P有2个,所以满足条件的点P共有3个.故选C.
7.BCD 解析 由消去y得4x2+6mx+3m2-6=0,则根的判别式Δ=12(8-m2),令Δ=12(8-m2)≥0,则有|m|≤2,故A错误;令Δ=12(8-m2)>0,则有|m|<2,故B正确;令直线l与椭圆C相切,则Δ=12(8-m2)=0,即m=±2,直线y=x+3与y=x-2的距离d==5,故C正确;直线y=x-与y=x-2和y=x的距离均为1,因此,C上到l的距离为1的点只有3个,故D正确.故选BCD.
8.BD 解析 对于A项,因为在椭圆中,根据椭圆的中点弦的性质kAB·kOM=-=-2≠-1,所以A项不正确;对于B项,根据kAB·kOM=-2,得kAB=-2,所以直线方程为y-1=-2(x-1),即2x+y-3=0,所以B项正确;对于C项,若直线方程为y=x+1,点M,则kAB·kOM=1×4=4≠-2,所以C项不正确;对于D项,若直线方程为y=x+2,与椭圆方程+=1联立,得到2x2+(x+2)2-4=0,整理得3x2+4x=0,解得x1=0,x2=-,所以|AB|=×=,所以D项正确.故选BD.
9.+y2=1 解析 由点A(-2,0),B(0,1)在椭圆上,焦点在x轴上,则a=2,b=1,所以椭圆的标准方程为+y2=1.设M(x1,y1),N(x2,y2),联立消去y,整理得x2=2,则x1=,x2=-,y1=,y2=-,则|MN|==.
10. 解析 解法一:设M(x1,y1),N(x2,y2),MN的中点为P(x0,y0),则两式相减,得b2(y-y)+a2(x-x)=0,即=-·,即kMN=-·,因为kMN=-,kOP=,所以=,所以e===.
解法二:设直线5x+4y-1=0的斜率为k1,直线OP的斜率为k2,则k1k2=×=-,又k1k2=-,所以=,所以e===.
11.4 解析 由题知△ABF2的周长为4a,设△ABF2内切圆半径为r,则内切圆周长为2πr=2π,所以r=1,S△ABF2=×r×4a=2a,设A(x1,y1),B(x2,y2),所以S△ABF2=×|F1F2|·|y1-y2|,所以2a=c·|y1-y2|,因为e==,所以|y1-y2|=4,|AB|=·|y1-y2|=|y1-y2|=4.
12.解 (1)由条件可得|PC|+|PF|=|PC|+|PB|=|BC|=4>|FC|=2,所以动点P的轨迹E是以F,C为焦点的椭圆,设其方程为+=1(a>b>0),则2a=4,2c=2,所以a=2,c=1,b=,所以动点P的轨迹E的方程为+=1.
(2)设M(x1,y1),N(x2,y2),联立可得19x2+16mx+4m2-12=0,由Δ=256m2-76(4m2-12)>0,得m∈(-,),由根与系数的关系,得x1+x2=-,x1x2=,所以|MN|==
=,解得m=±1.
13.解 (1)由题意易知b=1,因为椭圆C的离心率为===,所以a=2,所以椭圆C的方程为+y2=1.
(2)设M(x1,y1),N(x2,y2),联立消去y得5x2+8mx+4m2-4=0,由Δ=64m2-80(m2-1)>0得-14.C 解析 设B(x1,y1)(x1>0,y1>0),由题意得,过点B的切线l的方程为+y1y=1,令y=0,可得C,令x=0,可得D,所以△OCD的面积S=××=,又点B在椭圆上,所以+y=1,所以S===+≥2=,当且仅当=,即x1=1,y1=时等号成立,所以△OCD面积的最小值为.故选C.
15.解 (1)由题意知,解得所以C的方程为+=1.
(2)设F1M0中点为P,所以P(0,2),kF1M0=2,所以F1M0的垂直平分线方程为y=-x+2.联立方程组解得3x2+4=12,所以x2-2x+1=0,Δ=4-4=0,所以F1M0的垂直平分线与C恰有一个公共点.
(3)解法一:设M(x0,y0).
①当y0=0时,F1M的垂直平分线为x=,此时=±2,x0=5或-3.
②当y0≠0时,F1M的垂直平分线为:y=-+=-x+.联立得解得3x2+4=12,所以x2-x+-12=0,因为F1M的垂直平分线与C恰有一个公共点,所以Δ=-4=0 -36-=0 y+(2x-14)y+x-18x-32x0-15=0 y+(2x-14)y+(x0+1)2(x0+3)(x0-5)=0 y+(2x-14)y+(x+2x0+1)(x-2x0-15)=0 (y+x+2x0+1)(y+x-2x0-15)=0.因为x+y+2x0+1=(x0+1)2+y>0,所以x+y-2x0-15=0,(5,0),(-3,0)也满足上式,所以M的轨迹方程为(x-1)2+y2=16,它为一个圆.
解法二:设所求椭圆切线为l,设M(x1,y1),F1(-1,0).
①当l的斜率不存在时,M在x轴上,且=±2,所以x1=-3或5.
②当l的斜率存在时,设l:y=kx+m,则 (3+4k2)x2+8kmx+4m2-12=0,所以Δ=(8km)2-4(3+4k2)(4m2-12)=0,所以m2=3+4k2,此时MF1:y=-x-,设MF1与l相交于点N,则 N,所以|ON|2=2+2======4,所以|NO|=2.因为|ON|=|MF2|,所以|MF2|=4,所以M点的轨迹是以F2(1,0)为圆心,4为半径的圆.所以M点的轨迹方程为(x-1)2+y2=16,经检验(5,0),(-3,0)也满足上式.(共36张PPT)
直线与椭圆的位置关系
微练(六十九)
基础过关
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