一道簡單但極易出錯的軌跡方程題,入坑者甚多!

如上圖是一機(jī)械構(gòu)造原理的示意圖,有輕桿OA和AB(桿的厚度忽略不計(jì)),桿長分別為1和5,O(0,0)為固定端,A、B為可動端,且B位于x軸上
先將桿OA繞原點(diǎn)O旋轉(zhuǎn)一周,牽連著桿AB運(yùn)動,桿AB中點(diǎn)M的運(yùn)動軌跡如下圖所示,求M的軌跡方程?
大家可以先動筆做一做,再看下文的分析。

乍一看軌跡是個橢圓,下面我們定量分析求出方程。

(ps:下文中出現(xiàn)的C點(diǎn)也代表B點(diǎn),自行糾正,換字母時忘記把文檔中的C換回B了)
當(dāng)A位于圓的最右端時,M達(dá)到軌跡的最右端
此時A(1,0),C(6,0),則M(7/2,0)

當(dāng)A位于圓的最左端時,M達(dá)到軌跡的最左端
此時A(-1,0),C(4,0),則M(3/2,0)
則長軸=7/2-3/2=2,a=1
根據(jù)中位線,M到x軸距離為A到x軸距離的一半

當(dāng)A位于圓的最高點(diǎn)時,M達(dá)到軌跡的最高點(diǎn)
此時A(0,1),b=yM=1/2

然而,軌跡方程真的是橢圓么?

說明前面的分析有問題!??!
我們在定性時默認(rèn)軌跡是橢圓了,這便是問題根源所在!
我們憑直覺認(rèn)為其是個橢圓,但在數(shù)學(xué)證明中,直覺并不是一種證明手段,前文的分析便是直覺出差錯的體現(xiàn)!
那么求解該問題,正確的做法就是踏實(shí)地嚴(yán)謹(jǐn)?shù)赝评恚?shí)地運(yùn)算!


這才是此題的正解!
不妨用坐標(biāo)系畫出該曲線圖像

其中黑色的為真實(shí)軌跡,紅色的為橢圓
通過對比我們發(fā)現(xiàn)橢圓軌跡和真實(shí)軌跡基本重合
那繼續(xù)放大些呢?

這0.01數(shù)量級的偏差是如此地能蒙騙我們的雙眼呀!
分析完此題,我們就該有所啟示了。直覺并不是時刻都靠譜的,且直覺在數(shù)學(xué)中也絕非一種證明手段!因此在求學(xué)和研學(xué)過程中,必須秉持嚴(yán)謹(jǐn)至上的理念,切忌主觀臆斷?。?!