在几何画板中画了一个三角形ABC和一条角平分线AD,拖动A点时发现:
当A点和BC的距离d保持不变时,D点的活动范围不是很大,而且d越大,D点的活动范围就越小。于是就猜想:D点的活动范围(设为m)是受d和BC的长a制约的。也就是说d和a可以表示m。
亲,你如果认为我的猜想是对的,请帮我解决写出这个关系式。
下面是三种解答方法:
在慈溪桥头李先兵老师的启发下,我试着解答如下:
如图,作矩EFCB,设BC=2a,EM=FM=a,BE=CF=d,AM=x,BD=y,
由角平分线定理得:\dfrac{AB}{AC}=\dfrac{BD}{CD},即\dfrac{\sqrt{(a-x)^2+d^2}}{\sqrt{(a+x)^2+d^2}}=\dfrac{y}{2a-y},
运用合比定理:\dfrac{y}{2a}=\dfrac{\sqrt{(a-x)^2+d^2}}{\sqrt{(a-x)^2+d^2}+\sqrt{(a+x)^2+d^2}}=\dfrac{1}{1+\frac{\sqrt{(a+x)^2+d^2}}{\sqrt{(a-x)^2+d^2}}},
设\dfrac{\sqrt{(a+x)^2+d^2}}{\sqrt{(a-x)^2+d^2}}=\sqrt{t},则y=\dfrac{2a}{1+\sqrt{t}},
由上面的“设”,可得:(t-1)x^2-2a(t+1)x+(t-1)(a^2+d^2)=0
△=4a^2(t+1)^2-4(t-1)^2(a^2+d^2)≥0,
化简得:d^2t^2-(4a^2+2d^2)t+d^2≤0,得对应方程的两根为
t=\dfrac{2a^2+d^2\pm{2a}\sqrt{a^2+d^2}}{d^2}=\dfrac{(\sqrt{a^2+d^2}\pm{a})^2}{d^2},
故y最大值=\dfrac{2a}{1+\sqrt{\frac{(\sqrt{a^2+d^2}-a)^2}{d^2}}}=\dfrac{2ad}{d+\sqrt{a^2+d^2}-a}=\sqrt{a^2+d^2}-d+a,
所以D点的活动范围m=2·y最大值-2a=2\sqrt{a^2+d^2}-2d。
从这个结果我们还可以解释d越大m就越小。
事实上,m=2\sqrt{a^2+d^2}-2d=\dfrac{4a^2}{2\sqrt{a^2+d^2}+2d}=\dfrac{2a^2}{\sqrt{a^2+d^2}+d},
可见,m随着d的增大而减小。
奉化奉港初中舒绍云老师提供了他的妙解,舒服啊。
至于大家猜想,当y取得最小值时,∠ADB=45°是否正确,回答是肯定的。
事实上,当∠ADB=45°时,x+y-a=d,
又y最小值=a+d-\sqrt{a^2+d^2},可知x=\sqrt{a^2+d^2},
故只要验证方程(t-1)x^2-2a(t+1)x+(t-1)(a^2+d^2)=0的解是不是x=\sqrt{a^2+d^2},其中t=\dfrac{(\sqrt{a^2+d^2}+a)^2}{d^2},
我们先将这个方程变形成x^2-2a\dfrac{t+1}{t-1}x+(a^2+d^2)=0,
这里\dfrac{t+1}{t-1}=\dfrac{a^2+d^2+a\sqrt{a^2+d^2}}{a^2+a\sqrt{a^2+d^2}},代入后化简得:
x^2-2\sqrt{a^2+d^2}x+a^2+d^2=0,x=\sqrt{a^2+d^2}.
如何从几何角度解释这个奇妙的现象呢?
黑马解答如下:
以上三种方法都是代数研究问题,就算是第三种方法也没有用纯几何方法说明。亲,你如果有纯几何方法说明为什么45°时y达到最小值,请给出评论。
好啊