数学题的演示与解答(网络画板、Mathematica)

2025-10-08 20:16:30

1、画出基本图形。

由于抛物线方程是已知的,那么,A、B、C、D的位置也就确定了。

由于第一个小问题比较简单,这里不做讨论。

本段落专门考虑第二个小问题,我把第二个小问题分拆开来介绍。

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2、先求出2PF+EQ最大的时候,P的位置。

设E的坐标是{u,0},那么F的坐标就是{u+1,0},

那么,P和Q的坐标也可以用u来表示:

Y=Sqrt[3]*x^2/6-2*Sqrt[3]*x/3-2*Sqrt[3] ;

e={u,0};

f={u+1,0};

Q={u,(-6 + u)/Sqrt[3]};

P={u+1,((-5 + u) (3 + u))/(2 Sqrt[3])};

那么,2PF+EQ=(6 - u + (3 + u) Abs[-5 + u])/Sqrt[3]

当u=1/2的时候,有最大值。

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3、P的位置确定了之后,再来考虑PH+HM-MB/sqrt(2)的最小值。

先假设H的位置是固定的,那么,PH就是定值;

思考HM-MB/sqrt(2)取最小值的时候,H和M的关系:

作两条直线y=±(x+2),那么,M到这两条直线的距离MN,就是MB/sqrt(2);

当M位于B右侧的时候,H和M位于y=-x-2两侧,设M、H到直线y=-x-2的垂足为N、G;

作圆M(N);

观察发现,当HM-MN最小的时候,N和G重合;

也就是说,当MH垂直于直线y=-x-2的时候,HM-MB/sqrt(2)最小,等于HG。

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4、当M位于B右侧的时候,H和M位于y=-x-2同侧,设M、H到直线y=-x-2的垂足为N、G;

作圆M(N),HM>MN的情况就不需要考虑了,因为我们要求的是最小值;

观察发现,当HM-MN最小的时候,N和G重合;

亦即,当MH垂直于直线y=-x-2的时候,HM-MB/sqrt(2)最小,等于-HG;

这个时候,PH-HG的最小值是PK,其中K是直线y=-x-2与y轴的交点。

这只是一个局部最小值。

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5、当M位于B左侧的时候,设M、H到直线y=x+2的垂足为N'、G';

作圆M(N');

观察发现,当HM-MN'最小的时候,N'和G'重合;

也就是说,当MH垂直于直线y=x+2的时候,HM-MB/sqrt(2)最小。

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6、然后让H动起来:

设H到直线y=±(x+2)的距离是HG,下面只需要考虑PH+HG取最小值时H的位置。

观察动画,可以发现,当PH//直线y=-x-2的时候,PH+HG取得局部最小值。

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7、取得局部最小值的时候:

当M位于B左侧的时候,G在直线y=x+2上面;

当M位于B右侧的时候,G在直线y=-x-2上面;

对比一下三个个局部最小值,可以发现,当M位于B右侧的时候,是全局最小值。

这样,H的位置就确定了,HG垂直于直线y=-x-2,PH+HG就是PH+HM-MB/sqrt(2)的最小值。

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1、B和C按照向量n*BA平移,得到B'、C',而B'C'的中点位于x轴上,解方程:

Solve[(b + (a - c)*n)[[2]] + (c + (a - c)*n)[[2]] == 0, n]

答案是n=1/2,说明C'位于线段AC的中点。

注意,代码里面的a、b、c指的是A、B、C的坐标。

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2、这样,就可以求出B'O'C'的顶点坐标:

b0 = b + (a - c)*1/2

c0 = c + (a - c)*1/2

o0 = o + (a - c)*1/2

其中,o是坐标原点。

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3、假设旋转中心是T{u,v},

那么B'O'C'绕T逆时针旋转90°,得到的三个顶点的坐标是:

zheng = RotationTransform[90 \[Degree], {u, v}][#] & /@ {b0, c0, o0}

B'O'C'绕T顺时针旋转90°,得到的三个顶点的坐标是:

fan = RotationTransform[-90 \[Degree], {u, v}][#] & /@ {b0, c0, o0}

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4、设抛物线的隐函数方程是:

k[{x_, y_}] := Sqrt[3]*x^2/6 - 2*Sqrt[3]*x/3 - 2*Sqrt[3] - y

三角形某两个顶点位于抛物线上:

bb = Subsets[(RotationTransform[90 \[Degree], {u, v}][#]) & /@ {c0, 

     b0, o0}, {2}];

Table[Solve[k[bb[[n, 1]]] == 0 && k[bb[[n, 2]]] == 0,

     {u, v}] // Values // Flatten, {n, 1, 3, 1}] // Column

cc = Subsets[(RotationTransform[-90 \[Degree], {u, v}][#]) & /@ {c0, 

     b0, o0}, {2}];

Table[Solve[k[cc[[n, 1]]] == 0 && k[cc[[n, 2]]] == 0,

     {u, v}] // Values // Flatten, {n, 1, 3, 1}] // Column

经过计算,满足要求的旋转中心一共有四个,它们的坐标如下。

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5、在网络画板里面实现这个旋转的动画,每一种情形,恰好有两个点位于抛物线上。

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