34 證明 A’C’/BA’=B’A/B’C’=BC/CA’。
35 求滿足A’C’/BA’=B’A/B’C’=BM/MA’且A’B’M,C’A’B,C’B’A共線的動點M的軌迹。判定并證明A’B’與軌迹的位置關系。
36 切點三角形面積和外切三角形面積之比是否為定值
37 對于抛物線上定點AB,在AB内部的抛物線上求點C,使得△ABC面積最大
38 設△ABC’面積為1,請計算抛物線與AB圍成的弓形的面積。
34 證明 A’C’/BA’=B’A/B’C’=BC/CA’。
證明:
則由上節結論6知相應坐标為
即A’C’/BA’=B’A/B’C’=BC/CA’。
35 求滿足A’C’/BA’=B’A/B’C’=BM/MA’且A’B’M,C’A’B,C’B’A共線的動點M的軌迹。判定并證明A’B’與軌迹的位置關系。
證明:
設A’C’/BA’=B’A/B’C’=BM/MA’=k,
即A’B’斜率恰為抛物線經過M點的切線斜率,
故A’B’與抛物線相切于M。
注:
1)此結論在意料之中,隻需照貓畫虎、按部就班的把上題證明倒着寫一遍即可。不難想象,本題還能進一步推廣為:
對給定三角形C’AB,滿足A’C’/BA’=B’A/B’C’=BM/MA’且A’B’M,C’A’B,C’B’A共線的動點M的軌迹為一條與C’A,C’B,相切于A,B的定抛物線。進一步,A’B’始終與此抛物線相切。不過要注意的是一般的抛物線方程未必是标準方程,可能會比較複雜。
2)不難發現,性質31中的RQ其實就滿足上述比例關系,因此RQ為抛物線的切線。
36 切點三角形面積和外切三角形面積之比是否為定值
思路一:直接用坐标算出兩個三角形的面積公式。先得到一般的任意三角形的面積公式,然後代入即可。
解法一:
下面回到本題,将本題中ABC,A’B’C’坐标代入上述公式即得
思路二:利用結論33,将本題可以轉化為平面幾何面積問題,隻需要設出比例,利用比例關系計算相應面積即可。
解法二:
利用結論33,令A’C’/BA’=B’A/B’C’=BC/CA’=k,則
故[ABC]=2[A’B’C’],即切點三角形面積為外切三角形面積的2倍。
注:
(1) 上述引理的面積表達式優美而且重要,證明也比較自然而簡潔,就是用割補法表達出面積即可算得。當然熟悉行列式的讀者應該知道,此面積可以用行列式簡單明了的表達出來,
考慮到中學生一般都沒接觸過行列式,這裡就不再贅述。感興趣的讀者可以自行查閱相關資料。特别的,當三角形的一個頂點為原點時,此面積表達式隻有兩項,是一個教材中的常見的結論。
(2) 需要說明的是,考慮到坐标可能會出現負值,上述面積表達式最好帶上絕對值,例如細心的讀者會發現本題後面的面積表達式的符号是相反的。其實可以不引入絕對值,引入有向面積會更合理。類似于三角函數中正角的規定,我們規定,逆時針旋轉的三角形的面積為正的,順時針旋轉的三角形面積為負值。這樣就能發現本題中兩個三角形因為旋轉方向相反,所以比值為負值,其實這樣的規定更合理,而且更精确。
(3) 本結論是抛物線一個優美而深刻的性質。特别的,當C為AB中點時,則A’,B’也為中點,
就得到前面的結論6,即C’C為中線,并能進一步得到中線C’M中點也在抛物線上且過此點的抛物線的切線和AB平行,當然也能計算得到。
(4) 上述證法二是面積法的常用技巧,其中第一個面積公式因為三個三角形底邊相同,故本質是線段的定比分點公式,這是基礎而常見的結論。
(5) 由上述證法二可以得到一個一般的平面幾何問題,即:
如圖,BEA,AFC,EDF共線,且BE/EA=AF/FC=ED/DF。
求證:[DBC]=2[AEF]。
37 對于抛物線上定點AB,在AB内部的抛物線上求點C,使得△ABC面積最大
思路一:
利用36題中得到的三個點的面積公式,得到一個二次函數,用均值不等式或者對稱軸即能解決。
思路三:
利用幾何意義,本題相當于求AB弧内部到AB距離最大的點,将AB平移,則當距離最大時,此直線會和抛物線相切,從而隻需求切線斜率和AB相同的點C即可。
解法三:
注:
上述三種解法殊途同歸,結果很好理解,就是上題中當C’C為C’AB中線時,取得最大值。前兩種解法都是化為二次函數,用均值不等式或者對稱軸解決,解法三利用幾何意義,結論似乎顯然,也是最常見的解決方法。不過嚴格上說證明并不是很嚴謹。不難發現本結論也和前面結論8暗合。
38 設△ABC’面積為1,請計算抛物線與AB圍成的弓形的面積。
思路:考慮上題結論中的特例,當C’C為中線時,則△ABC面積為0.5.
繼續如法炮制,過A’,B’作x軸平行線,則和抛物線圍成的面積是剩下面積的1/4,
如此反複操作,每次新增加的面積都是上一個面積的1/4,得到一個無窮遞縮等比數列,
求和即得。
解:考慮36題結論中的特例,當C’C為中線時,則[△ABC]=1/2.
繼續如法炮制,過A’,B’作x軸平行線,交抛物線于A’’,B’’.
則同理有
即抛物線面積為2/3.
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