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夾出個美麗的蒙日圓

時尚 更新时间:2024-11-20 18:32:47

切線,無疑是圓錐曲線中一類重要模型,在考題中是最常見的了。而對圓錐曲線切線的深入研究,對我們快速解決這類問題是非常有幫助的。

這兩天看畫闆群裡,闆友們都在盡情玩轉”蒙日圓“,

就突然地,想寫一寫這個特殊的“圓”了。

夾湯圓

下邊這個圖形,象不象用一雙筷子,夾住一個湯圓了呢?

我們不妨就将類似這種圖形的問題,叫“筷子夾湯圓”問題吧。

對,就叫筷子夾湯圓!


夾出個美麗的蒙日圓(夾出個美麗的蒙日圓)1

其實,如果注意觀察,目前這種方式,夾湯圓時筷子的位置雖然不同,但兩雙筷子之間的關系好像總是不變的。

對,兩雙筷子總是互相垂直。

除了這個,

你還能從圖中觀察出什麼呢?

對,P點在旋轉過程中留下的痕迹,

竟是一個漂亮的圓呢!

偶然的,還是必然?

當然就值得有心人去研究了。

夾出個美麗的蒙日圓(夾出個美麗的蒙日圓)2

蒙日圓的證明

夾出個美麗的蒙日圓(夾出個美麗的蒙日圓)3

在證明之前,首先在幾何上,普及兩個有關四邊形的結論。

①在平行四邊形中,各邊的平方和等于對角線的平方和。

夾出個美麗的蒙日圓(夾出個美麗的蒙日圓)4


夾出個美麗的蒙日圓(夾出個美麗的蒙日圓)5

②在矩形ABCD中,對于平面内任一點O,均有:

PA2 PC2=PB2 PD2

夾出個美麗的蒙日圓(夾出個美麗的蒙日圓)6

好,下面便可以用幾何方法肆意地去找這個圓了。

夾出個美麗的蒙日圓(夾出個美麗的蒙日圓)7

夾出個美麗的蒙日圓(夾出個美麗的蒙日圓)8

其實,這個圓就是傳說中橢圓的“蒙日圓”。它是由法國數學家加斯帕爾·蒙日發現的,按慣例,便很自然地以他的名字命名了。

當然,更為有意思的是,不僅橢圓,雙曲線也有類似的“蒙日圓”,而且連圓的方程都是非常相似的:

夾出個美麗的蒙日圓(夾出個美麗的蒙日圓)9

你能從下圖中,看出蒙日圓的其它性質嗎?

夾出個美麗的蒙日圓(夾出個美麗的蒙日圓)10

夾出個美麗的蒙日圓(夾出個美麗的蒙日圓)2

蒙日圓的應用

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提示:圓是可以看成特殊的橢圓哦.

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從這個題的思路可以看出,當我們拿筷子的手在蒙日圓内部時,筷子的夾角是鈍角,手在蒙日圓的外面時,筷子的夾角是銳角,而蒙日圓,就是兩種角的分界線了。

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夾出個美麗的蒙日圓(夾出個美麗的蒙日圓)2

夾湯圓的一般情形

再回顧下蒙日圓的證明:

夾出個美麗的蒙日圓(夾出個美麗的蒙日圓)28

其實,從蒙日圓的這個證明過程我們不難看出,隻要兩條切線的斜率之積為定值,動點P的軌迹就是我們所熟悉的圓、橢圓、雙曲線,甚至于直線。

夾出個美麗的蒙日圓(夾出個美麗的蒙日圓)29

那麼,你根據λ的不同取值範圍,去分析方程所表示的曲線嗎?

編後:

值得一提的是,本文主要介紹橢圓的蒙日圓,但其實,雙曲線和抛物線的蒙日圓也具備相似的特征和性質,本文不再進行說明,但希望用心的同學可以自行揣摩,以進一步提高自己的學習能力。

夾出個美麗的蒙日圓(夾出個美麗的蒙日圓)30

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