2023年新一卷圓錐曲線——折線的最值

Hello,大家好!
2023年的新一卷數(shù)學明顯比2022年仁慈了許多,所以可以斷定今年閱卷老師步驟分一定摳得非常細,想要在考場上不扣步驟分地將壓軸題證出也并不容易。
先看原題:

第一問是拋物線的定義,就不再贅述
?的方程為?
第二問,不妨設(shè)三個在? 上的點是?
,
,
因為??為矩形,所以?
,則矩形周長為?
于是只要證?
不妨設(shè)直線? 的斜率為?
,則直線?
的斜率為?
,由于兩條直線不可能平行于?
軸,所以?
一定存在
通過韋達定理可以將??、
?用?
?、
?表示
直線??:
與? 聯(lián)立消?
?得:
由韋達定理得:
于是?,同理?
由線段長度計算式可得:
這是一個關(guān)于?、
?的二元函數(shù)。仔細觀察這個函數(shù),若視?
?為參數(shù),
?為變量,則其可看作兩條折線相加:

不難想到,當絕對值內(nèi)的式子為? 時,折線就會發(fā)生偏轉(zhuǎn),這兩個偏折點分別是?
?和
,它們將折線分成了三段,而且右邊的射線向?
軸正方向延申至無窮大,左邊的射線向?
軸負半軸延申至無窮大
折線還有一個重要的性質(zhì),那就是對于每一段線段,最值一定位于端點處,于是當固定??時,函數(shù)關(guān)于?
?的最小值一定會出現(xiàn)在?
處或者?
?處 ,只要這兩處函數(shù)值均大于?
?即可
① 當??時:
可以直接用均值不等式求得最小值,當然求導也行,令?,則有:
取等條件為?
② 當??時:
仔細觀察可以發(fā)現(xiàn),只要用??替換?
?即可得到與上面完全一樣的式子
于是?
取等條件為?
不過,當??時,由判別式?
?,
與?
?相切,不符合題意,同理當?
?時也不符合題意,所以最小值無法取到
綜上,?,證畢!

再回頭看看這道題,很顯然,矩形? 具有兩個自由度,因此無論如何設(shè)變量,在表示周長一定有兩個自由變量,而問題的關(guān)鍵就是找到“好的”變量,使得后續(xù)工作盡可能簡單
許多同學試圖直接用坐標來充當變量,這貌似不太可行,理由如下:
很顯然,在本題中點? 和點?
地位相同,即?
?和?
?等價
如果在、
、
?中選擇兩個坐標來當作變量的話,根據(jù)斜率關(guān)系有?
,并不太方便用?
?和
?來表示?
?;然而,如果用?
?和
表示
?,或者用?
和?
表示?
,就會隱蔽地破壞掉?
和?
?的等價關(guān)系(這感覺是種玄學),后續(xù)工作可能會比較困難,當然讀者也可以嘗試一下
?因此,為體現(xiàn)出? 和?
的等價性,我們使用斜率?
這一橋梁來聯(lián)結(jié)?
和?
,這樣用?
和?
?兩個變量就可以表示出矩形的周長了
當然,可能還有其他更好的設(shè)變量的方式,就留給讀者思考了

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