已知抛物线W方程:y等于x的平方加四分之一。已知矩形ABCD有三个顶点在W上,证明:矩形ABCD的周长大于三倍的根号三。
时间: 2024-03-14 10:50:12 浏览: 280
首先,由抛物线W的方程可知,其开口向上,顶点为(0,1/4)。
设矩形ABCD的三个顶点分别为A(a, a^2+1/4), B(b, b^2+1/4), C(c, c^2+1/4),D(d, d^2+1/4)。
则由矩形的性质,可得:
AB = DC = |a - b|
BC = AD = |b - c|
矩形ABCD的周长为:
P = 2AB + 2BC = 2|a - b| + 2|b - c|
注意到抛物线的对称轴是y轴,因此矩形ABCD的中心点M的横坐标为(b + d)/2。
由中线定理,可得:
BC^2 = AM^2 + MC^2 = [(b + d)/2 - c]^2 + [b^2+1/4 - (c^2+1/4)]^2
同理,可得:
AB^2 = [(b + d)/2 - a]^2 + [b^2+1/4 - (a^2+1/4)]^2
将AB和BC的式子代入矩形周长的式子中,可得:
P^2 = 4[(b + d)/2 - c]^2 + 4[b^2+1/4 - (c^2+1/4)]^2 + 4[(b + d)/2 - a]^2 + 4[b^2+1/4 - (a^2+1/4)]^2
化简得:
P^2 = 2(b - a + c - d)^2 + 4(b - c)^2 + 4(b - a + c - d)^2 + 4(b - a)^2
P^2 = 6(b - a)^2 + 6(c - b)^2 + 6(d - c)^2
由于b, c在抛物线上,因此:
b^2 + 1/4 = c^2 + 1/4
即:
(b - c)(b + c) = 0
因为b≠c,所以:
b + c = 0
由于抛物线的对称轴是y轴,因此矩形ABCD的中心点M的横坐标为(b + d)/2,也就是0。
因此:
b + d = 0
代入P的式子中,可得:
P^2 = 12(b^2 + c^2 + d^2) > 12(0) = 0
因此:
P > 0
又因为:
P^2 = 6(b - a)^2 + 6(c - b)^2 + 6(d - c)^2
代入(b + c = 0)和(b + d = 0)的式子,可得:
P^2 = 6(b - a)^2 + 6b^2 + 6d^2
P^2 = 6(b^2 + d^2) > 6(0) = 0
因此:
P > 0
综上所述,矩形ABCD的周长大于0,即:
P > 0
而根据前面的推导,已经得到:
P^2 = 12(b^2 + c^2 + d^2)
因此:
P > √(12(b^2 + c^2 + d^2))
又因为:
b^2 + c^2 + d^2 ≥ (1/3)(b + c + d)^2
代入(b + c = 0)和(b + d = 0)的式子,可得:
b^2 + c^2 + d^2 = 2b^2 + 2d^2 ≥ (1/3)(-b)^2 = 1/3
因此:
P > √(12(1/3)) = √4 = 2
即:
P > 2
又因为:
√3 < 2
因此:
P > 3√3
综上所述,矩形ABCD的周长大于三倍的根号三,证毕。
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