我的新发现

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。

xfx1

 

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:

xfx8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}}}

\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。

xfx9

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=0x=\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:

xfx10

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。

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