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数学题的演示与解答(网络画板、Mathematica)

时间:2024-10-27 15:25:58

题目如下图所示,太长,这里就不写了。本文用到的演示工具和计算工具,包括网络画板和Mathematica。题目,我个人认为很复杂,两个小时的考试时间,用来解这一道题还差不多。可是,注意了,这是第26题啊。

数学题的演示与解答(网络画板、Mathematica)

工具/原料

电脑

网络画板

Mathematica

第二问

1、画出基本图形。由于抛物线方程是已知的,那么,A、B、C、D的位置也就确定了。由于第一个小问题比较简单,这里不做讨论。本段落专门考虑第二个小问题,我把第二个小问题分拆开来介绍。

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2、先求出2PF+EQ最大的时候,P的位置。设E的坐标鋈守踬痊是{u,0},那么F的坐标就是{u+1,0},那么,P和Q的坐标也可以用u来表示:Y=Sqrt[3]*x^2/6-2*Sqrt[3]*x/3-婷钠痢灵2*Sqrt[3];e={u,0};f={u+1,0};Q={u,(-6+u)/Sqrt[3]};P={u+1,((-5+u)(3+u))/(2Sqrt[3])};那么,2PF+EQ=(6-u+(3+u)Abs[-5+u])/Sqrt[3]当u=1/2的时候,有最大值。

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3、P的位置确定了之后,再来考虑PH+HM-MB/sqrt(2)的最小撕良滤儆值。先假设H的位置是固定的,那么,PH就是定值;思考HM-MB/sqrt(2)取最小值的时候,H和M的关系:作两条直线y租涫疼迟=±(x+2),那么,M到这两条直线的距离MN,就是MB/sqrt(2);当M位于B右侧的时候,H和M位于y=-x-2两侧,设M、H到直线y=-x-2的垂足为N、G;作圆M(N);观察发现,当HM-MN最小的时候,N和G重合;也就是说,当MH垂直于直线y=-x-2的时候,HM-MB/sqrt(2)最小,等于HG。

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4、当M位于B右侧的时候,H和M位于y=-x-2同侧,设M、H到直线y=-x-2的垂足为N、G;作圆M(N),HM>MN的情况就不需要考虑了,因为我们要求的是最小值;观察发现,当HM-MN最小的时候,N和G重合;亦即,当MH垂直于直线y=-x-2的时候,HM-MB/sqrt(2)最小,等于-HG;这个时候,PH-HG的最小值是PK,其中K是直线y=-x-2与y轴的交点。这只是一个局部最小值。

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5、当M位于B左侧的时候,设M、H到直线y=x+2的垂足为N'、G';作圆M(N');观察发现,当HM-MN'最小的时候,N'和G'重合;也就是说,当MH垂直于直线y=x+2的时候,HM-MB/sqrt(2)最小。

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6、然后让H动起来:设H到直线y=±(x+2)的距离是HG,下面只需要考虑PH+HG取最小值时H的位置。观察动画,可以发现,当PH//直线y=-x-2的时候,PH+HG取得局部最小值。

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7、取得局部最小值的时候:当M位于B左侧的时候,G在直线y=x+2上面;当M位于B右侧的时候,G在直线y=-x-2上面;对比一下三个个局部最小值,可以发现,当M位于B右侧的时候,是全局最小值。这样,H的位置就确定了,HG垂直于直线y=-x-2,PH+HG就是PH+HM-MB/sqrt(2)的最小值。

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第三问

1、B和C按照向量n*BA平移,得到B'、C',而B'C'的中点位于x轴上,解方程:Solve[(b+(a-c)*n)[[2]]+(c+(a-c)*n)[[2]]==0,n]答案是n=1/2,说明C'位于线段AC的中点。注意,代码里面的a、b、c指的是A、B、C的坐标。

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2、这样,就可以求出B'O'C'的顶点坐标:b0=b+(a-c)*1/2c0=c+(a-c)*1/2o0=o+(a-c)*1/2其中,o是坐标原点。

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3、假设旋转中心是T辘腋粪梯{u,v},那么B'O'C'绕T逆时针旋转90°,得到的三个顶点的坐标是:zheng=RotationTra荏鱿胫协nsform[90\[Degree],{u,v}][#]&/@{b0,c0,o0}B'O'C'绕T顺时针旋转90°,得到的三个顶点的坐标是:fan=RotationTransform[-90\[Degree],{u,v}][#]&/@{b0,c0,o0}

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4、设抛物线的隐函数方程是:k[{垓矗梅吒x_,y_}]:=Sqrt[3]*x^2/6-2*Sqrt[3]*x/3-2*Sqrt[3]-y三姹州比蹼角形某两个顶点位于抛物线上:bb=Subsets[(RotationTransform[90\[Degree],{u,v}][#])&/@{c0,b0,o0},{2}];Table[Solve[k[bb[[n,1]]]==0&&k[bb[[n,2]]]==0,{u,v}]//Values//Flatten,{n,1,3,1}]//Columncc=Subsets[(RotationTransform[-90\[Degree],{u,v}][#])&/@{c0,b0,o0},{2}];Table[Solve[k[cc[[n,1]]]==0&&k[cc[[n,2]]]==0,{u,v}]//Values//Flatten,{n,1,3,1}]//Column经过计算,满足要求的旋转中心一共有四个,它们的坐标如下。

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5、在网络画板里面实现这个旋转的动画,每一种情形,恰好有两个点位于抛物线上。

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