易混 2018 年全国高中数学联赛一试(B 卷) 第 11 题 · P007355
把椭圆伸缩为单位圆后,参数方向的正交能简化长度平方关系,但伸缩通常不保持原平面的欧氏直角。两题都要分清是在二次型下出现正交,还是只有三个长度满足勾股关系。
一题由组合点仍在椭圆上推出交叉项消失,另一题用半角找到两条射线的椭圆交点;不能仅凭参数互补就在原图里标直角。
椭圆上加权向量仍在椭圆的斜率与距离极值
设 是椭圆
上不等于顶点的两个不同动点, 为坐标原点,直线 的斜率分别记为 。如果椭圆 上存在点 满足
求证:
为定值;
求 的最大值。
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。
椭圆方程给出二次型
将点 的向量关系代入 ,由于 , 交叉项必须为零。这既直接给出斜率乘积,也说明把椭圆伸缩成单位圆后, 对应的 两个单位向量正交;距离乘积的极值于是变成单变量三角恒等式。
设
因为 不是椭圆顶点,所以 ,两个斜率均有定义。记
由 都在椭圆上,
而
由于 且 ,必有
两边除以 ,得到
故其确为定值。
再将椭圆参数化为
上面的交叉项为零等价于
因此
于是
所以
当 时等号成立。例如取
则 是不同的非顶点,且由题设组合得到 。故所求最大值为
保证交叉项的系数 非零,这是推出正交条件的必要前提。 等号构造中的 均满足椭圆方程,且 的斜率乘积确为 。
当二次曲线上的向量线性组合仍落在同一曲线上时,应把曲线方程看成二次型。展开后的 交叉项常给出相对于该二次型的正交关系;再把椭圆伸缩为单位圆,即可用参数方程处理欧氏 长度极值。
将C的组合式代入椭圆得到交叉项为零,识别缩放后的两半径正交后,长度积可沿标准三角恒等式优化。
易混 2018 年全国高中数学联赛一试(B 卷) 第 11 题 · P007355
把椭圆伸缩为单位圆后,参数方向的正交能简化长度平方关系,但伸缩通常不保持原平面的欧氏直角。两题都要分清是在二次型下出现正交,还是只有三个长度满足勾股关系。
一题由组合点仍在椭圆上推出交叉项消失,另一题用半角找到两条射线的椭圆交点;不能仅凭参数互补就在原图里标直角。
已记下,谢谢!