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2023年高考数学新一卷压轴题22题第二问另证

2023-06-10 21:33 作者:bibo888  | 我要投稿

2023年高考新一卷压轴题22题的第二问网上的解法已经很多了,这里提供另外的一种证明方法。

问题

设矩形ABCD有三点在抛物线y%3Dx%5E2%2B%5Cdfrac%7B1%7D%7B4%7D上,求证矩形ABCD周长大于3%5Csqrt%7B3%7D


解析

这个问题,最直接的想法就是使用弦长公式进行求解。本来打算做成视频的,但是看到已经很多人出了视频解析,然后就写个专栏。

首先,我们容易发现抛物线后面的尾巴令人讨厌,事实上,去掉不影响问题的解答。

第二,我们不妨设A%2CB%2CC在抛物线上,并且AB%20%5Cperp%20BC,这样可以利用弦长公式,求解,这是一般的做法,这里就不详细说了。


重点我们要说的是另一种解法,我们注意到不存在ABBC斜率不存在的情况。这样由于AB%20%5Cperp%20BC,因此ABBC的斜率的绝对值至少又一个小于或等于1。

如图所示,我们不妨设AB的斜率的绝对值小于或等于1,过C点做x轴的垂线交直线AB于点EE。直线ABx轴于F点。

显然,由于AB的斜率的绝对值小于或等于1,因此

%5Cangle%20BCE%20%3D%20%5Cangle%20AFO%20%5Cle%2045%5E%5Ccirc

这里巧妙的是,无论AB的斜率是正是负,以上式子均成立。

Rt%5Ctriangle%20BCE中,由大角对大边,我们可以得到

%7CBC%7C%20%5Cge%20%7CBE%7C

因此有

%7CAB%7C%2B%7CBC%7C%5Cge%20%7CAB%7C%2B%7CBE%7C%5Cge%20%7CAE%7C

这里要注意的是这里有一种可能点E落在线段AB上。此时上面的式子依然成立。

注意到取等号的一个必要条件是AB的斜率的绝对值等于1

这里由设A点坐标为(a%2Ca%5E2),B点的坐标为(b%2Cb%5E2),C点的坐标为(c%2Cc%5E2)%0A,AB的斜率为k

容易得到如下等式成立

%5Cbegin%7Baligned%7D%0A%7CAE%7C%26%3D%5Csqrt%7B1%2Bk%5E2%7D%7Ca-c%7C%5C%5C%0A%26%3D%5Csqrt%7B1%2Bk%5E2%7D%7C(a%2Bb)-(b%2Bc)%7C%5C%5C%0A%26%3D%5Csqrt%7B1%2Bk%5E2%7D%5Cleft%7Ck%2B%5Cdfrac%7B1%7D%7Bk%7D%5Cright%7C%5C%5C%0A%26%3D%5Cdfrac%7B(1%2Bk%5E2)%5E%7B3%20%5Cover%202%7D%20%7D%7B%7Ck%7C%7D%0A%5Cend%7Baligned%7D

接下来,我们使用均值不等式即可解决这个问题

%5Cbegin%7Baligned%7D%0A%7CAE%7C%26%3D%5Cdfrac%7B(%5Cdfrac%7B1%7D%7B2%7D%2B%5Cdfrac%7B1%7D%7B2%7D%2Bk%5E2)%5E%7B3%20%5Cover%202%7D%20%7D%7B%7Ck%7C%7D%5C%5C%0A%26%5Cge%20%5Cdfrac%7B%20%5Csqrt%7B3%5E3%5Ccdot%20%5Cdfrac%7B1%7D%7B2%7D%20%5Ccdot%20%5Cdfrac%7B1%7D%7B2%7D%20%5Ccdot%20k%5E2%20%20%7D%20%20%7D%7B%7Ck%7C%7D%5C%5C%0A%26%3D%5Cdfrac%7B3%5Csqrt%7B3%7D%20%7D%20%7B2%7D%0A%5Cend%7Baligned%7D

等号取得的条件是 k%5E2%3D%5Cdfrac%7B1%7D%7B2%7D

注意到这和上面的等号取值条件k%3D1不同,因此

%7CAB%7C%2B%7CBC%7C%20%3E%20%5Cdfrac%7B3%5Csqrt%7B3%7D%20%7D%7B2%7D

将这个乘以2,就是矩形的周长了,因此问题得证。

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