双曲线上的向量与面积最值
设双曲线 的右焦点为 ,直线 。 右支上一点 (非顶点)在 上的投影为 ,记 的面积为 ,则
的最小值为。
分数写 a/b,根号写 √ 或 sqrt,π 写 pi 也可以。
先独立尝试,再展开工具说明与想法来源。
证明带根式不等式时,平方前须确认两边非负;本题面积在非顶点的右支上严格为正。二次式首项系数正且判别式负,可用配方说明它处处为正。
想法从哪来:数量积和面积同时出现时,先利用投影方向选坐标,而不急着套双曲线的距离公式。投影点与动点同高,数量积只涉及横坐标;面积的底也水平,剩下的高度可由曲线方程替换。因此上下两半支实际给出同一单变量问题。 先在横坐标取焦点横坐标处试算,能找到一个很自然的候选等号点;这只是猜测,还要证明全局下界。分母反复出现“横坐标减投影直线横坐标”,据此平移变量,使候选点对应简单常数。交叉相乘后平方,尝试提出等号点对应的平方因子,再验证余下因子恒正,就完成从猜测到证明。
用 的横坐标表示数量积和面积后,问题成为单变量根式不等式。平移 可使等号点和因式分解同时显现。
双曲线右焦点为 。设 ,则 、 ,且 。于是
令 ,则
并且
第二个因子的判别式为 ,恒为正。又两侧待开方量均为正,故
因此
当 ,即 时取等号,所以最小值为
等号点确在右支且不是顶点,面积 。被平方比较的两边都为正,故平方没有引入 伪解;将等号点代回原式也得到 。
解析几何最值题可先把几何量全部坐标化,再利用曲线方程消去一个变量。若根式不等式 的等号点可猜到,围绕该点平移变量,往往能得到带平方因子的恒等分解。
几何比值化为一元根式后仍须找到可平方的正量与带平方因子的差式,才能证明最佳界及达到。
已记下,谢谢!