两射线上四点距离差确定夹角
设 是一个凸四边形,延长 交于点 。已知
求 。
这是解答题,请在纸上写出完整过程。写完后对照解答给自己评分。
先独立尝试,再展开工具说明与想法来源。
到两定点距离差的绝对值恒为常数且小于焦距的点构成双曲线。韦达关系给两根的和与积,再用 把已知弦长转成方向参数条件。
想法从哪来:两个距离差分别用了相反顺序,先别把它们平方展开;它们说明两个点落在同一条定焦距离差曲线的不同支上。又因两点与延长线交点共线,可以把它们到交点的距离作为同一个一元二次方程的两个根。已知两点距离,就自然对应两根之差。 先按已知边长缩放为一,再根据延长方向固定点序,避免最后角的正负混乱。用射线单位向量表示交点位置,代入双曲线得到根和、根积;根差平方可以由这两者恢复,便消掉两个点的具体位置。求出方向后还要回查两根为正、次序正确及分属指定两支。
两个距离差条件分别说明 位于以 为焦点、实轴相同的一条双曲线的左右两支。把交点 设为原点,同一直线上的 就成为这条射线与双曲线的两个交点;利用交点参数的韦达关系可直接求出射线倾角。
按同一比例缩放,设 。由凸性以及题目中的延长方向,点的次序分别为 与 。取
设从 指向 的单位向量为
并写
由 ,
以 为焦点、两焦点距离为 ,且到两焦点距离差的绝对值为 的双曲线,中心为 ,方程为
题设 与 表明 分别在 (2) 的两支上。
令 。把 代入 (2),得到
它的两个根正是 。由韦达定理,记 ,则
结合 (1)、(4),
又 ,整理得
故 或 。但 ,所以只能有
由 及 (4) 可知 ,因而
此时 ,故 均为正数,所得配置确与点序相符。距离差双曲线方程只平方了绝对值条件,而 所在支由题设的两个有向距离差分别确定。
同一射线上的两点若分别满足相反的定焦距离差,可把它们视为射线与双曲线的两个交点。把已知的两点间距写成根差,再用韦达定理消去交点位置,通常能直接得到射线斜率。
需识别C和D所在双曲线的两支,再将射线交点距离转为二次方程两根之差,几何条件与代数根关系都承担关键步骤。
已记下,谢谢!