阿氏圓拓展

2022-10-10 11:27:15 字數 1746 閱讀 8153

\(\quad\) 我們知道,阿氏圓在初中數學中是一類常用的求線段和/差極值的模型,它的大致題意如下:

平面上有乙個圓 \(o\) , 圓外兩點 \(a\) 和 \(b\) ,圓上有一動點 \(p\) 。現在給出乙個值 \(k=\frac\) ,求 \(kpa+pb\) 的最小值與 \(kpa-pb\) 的最大值。

\(\quad\) 但是,你以為我今天要討論的是這兩種人盡皆知的問題嗎?既然 \(p\) 是 \(⊙o\) 上的乙個動點,那麼 \(kpa+pb\) 一定會有最大值, \(kpa-pb\) 也會有最小值。

\(\quad\) 坦白來講,對於乙個初三學生來說,找到這兩個 \(p\) 的位置絕非易事,於是我在經歷了 4 天的思考後,向\(\text\)

神仙求助了 \((kpa+pb)_\) 的情況,隨後自己整理出了 \((kpa-pb)_\) 的情況。

話不多說,先放原圖:

\(d\) 我們構造的點,滿足 \(kpa=pd\) 。於是問題轉化為求 \((bp+pd)_\) 。

乍一看,這運用初中的知識完全求不出來,但是我們可以稍稍試試轉化法:如果能找到滿足 \((bp+pd)_\) 時點 \(p_0\) 的軌跡,再與圓 \(o\) 的交點,這不就是最終的 \(p\) 了嗎?

隨後,我們引入高中的內容:橢圓。橢圓,即平面上到兩焦點的距離之和為定值的點的集合,而這個定值就是橢圓的長軸的長度。既然如此,我們就可以以 \(b\) , \(d\) 兩點為焦點,構造橢圓,當橢圓與 \(⊙o\) 相切時,\(bp+pd\) 取得 \(max\) 值。

如圖可見,點 \(f\) 就是橢圓和 \(⊙o\) 的切點,當 \(p\) 與 \(f\) 重合時,由於「橢圓的長軸最長」,所以此時 \(bp+pd\) 取得 \(max\) 。可是,怎樣求具體的值呢?\(\text\)神仙 給出了一種方案:

也就是說,我們可以求出切線方程,由於 \(p(f)\) 此時是切點,所以橢圓的切線就是圓的切線,隨後帶入元和數值求解即可。理論上可行,實際應該有點麻煩(因為要對高次方程進行求解)。

還是同樣的思路,首先構造點 \(d\) ,然後找出 \(pd-pb\) 的軌跡,最後與 \(⊙o\) 的切點即為點 \(p\)。

於是我們再次引入高中的內容:雙曲線。雙曲線就是平面上到兩焦點的距離之差相等的點的集合。於是,我們以 \(b,d\) 為焦點,構造雙曲線。當雙曲線與 \(⊙o\) 相切時,切點即為點 \(p\) 。

這個是下曲線與 \(⊙o\) 相切的情況,還有一種上曲線和 \(⊙o\) 相切的情況:

那麼計算的話就自行按照雙曲線和圓的方程聯立,思路還是和上面那種差不多。