構造速度矢量解決解析幾何問題(光學性質證明,極值問題)

本想寫我在學解析幾何時發(fā)現(xiàn)的一種證明圓錐曲線光學性質的方法,結果今天早上起來一看咕咕的新視頻

想法和我如出一轍:
1.?先畫出以橢圓為軌跡運動物體的速度矢量
2.?根據橢圓兩線之和為定值的定義,使該矢量在兩條線上的分速度大小相等,一個指向焦點,另一個背離焦點
3. 物體運動方向就是軌跡的切線

根據1.2兩條條件構造出的速度矢量的方向不得不使∠1=∠2,繼而推出∠2=∠3
結合條件3,我們自然而然的得到橢圓的光學性質
詳細一點的解釋以及升華咕咕已經做的完美了,我就不多講了(被打)
同理可以得到拋物線和雙曲線的幾何性質
在之后的學習中我還發(fā)現(xiàn)這種方法還可以運用到部分極值問題中
例:求的最小值
原式
大部分同學在這里想的是考慮構造圓去解決問題,
但作為一名新時代高中生自然要用騷一點的做法:

上述表達式的值就被轉化為圖中的值
如果我們將先增大到一個足夠大的值使
兩點均在x軸上方,并且同時給
兩點一個豎直向下的速度
(
)將會有如下幾個過程:
:
與
同時減小,說明此時
還不是最小
(?是一個未知數,我們暫時還不知道):
仍然減小,但是
已經開始增大(此時
點在x軸下方但
點在x軸上方)但是速度
在
上的分速度大小,大于
在
上的分速度大小,(此時速度
在
上的分速度越大那么
減小得越快,
在
上的分速度越大那么
增大得越快)也就是這一瞬間
的值還在減小,說明此時
還不是最小
:此時
仍然減小,
也在增大,但是速度
在
上的分速度大小,等于
在
上的分速度大小,也就是這一瞬間
的值不變(或者說達到了一個平衡,即
的減小和
的增大的平衡)
:
仍然減小,
也仍舊在增大,但此時但是速度
在
上的分速度大小,小于
在
上的分速度大小,總的來說就是
已經開始增大
:
兩點均在x軸下方,
和
兩者同時增大
根據上述分析我們可以得出的值隨y值變化的曲線差不多是這樣:


由于兩點速度相同,且在
和
上分速度大小相等
在兩個速度和分速度構成的三角形中有兩邊對應相等:速度相等,分速度相等,又有一個直角,所以兩個三角形全等,故
所以
所以有
(因為
點在x軸下,所以縱坐標是負的,要加上一個負號來修正)
解得,帶入原式即可得到最小值為
上述分析看起來繁多,但實際上很多都是顯而易見的東西(可能是我太啰嗦了【doge】),特別是分析過程那一步真正在做題時我?guī)缀跏菦]動什么腦子,真正寫在草稿上的可能就只有幾張圖和:

再來看一題看似很難的“壓軸題”:
設是面積為1的等腰直角三角形,
是斜邊
的中點,點?
在
所在平面內,記?
與?
?的面積分別為?
,?
,且?
。當?
?且
時,?
;記?
,則實數?
的取值范圍為
。
第一空:()解析略
第二空:在第一空中若以D為原點,AB方向為x軸方向,DC方向為y軸方向,我們可以知道P的軌跡即為,當然啦,關于CD對稱的也成立,但是討論都一樣,所以只需要討論其中一條軌跡即可

讓P從最下端出發(fā),往上“動起來”,我們可以很清晰地觀察發(fā)現(xiàn),P在上移過程中,P點速度在BP直線上的分速度始終大于在AP直線上的分速度,所以P點上移過程中,PB長度的增加速度始終大于AP長度的增加速度,又注意到BP長度始終小于AP長度,所以點P跑到無窮遠處時,??取最小值,換句話說:BP長度一開始小于AP長度,且PB始終在追趕AP,兩者的差距隨P點上移而減小,但即使這樣PB長度仍小于PA


求得,同時a的最大值即為P點在x軸上時取得,綜上得
,原本看似復雜的問題,也經不住拷打,被解決了。
如有錯誤,還請各位大佬討論指出