在直角坐标系xOy中,点P到x轴的距离等于点P到点(0,0.5)的距离,记动点P的轨迹为W。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: 2024-03-15 07:41:30 浏览: 241
首先,根据题目中所给条件,设点P的坐标为(x,y),则有:
(1)y = d(P, x轴) = |y-0.5|
(2)d(P, (0,0.5)) = √[(x-0)² + (y-0.5)²]
将(1)代入(2)中,可得:
y² - y + 0.25 = x² + (y-0.5)²
化简得:
x² + y² - y - 0.25 = 0
这是一个圆的方程,圆心为(0,0.5),半径为0.5。
由于矩形ABCD有三个顶点在W上,设它们的坐标分别为A(a,b),B(c,d),C(e,f)。
则根据矩形的性质,有:
AB = CD = |a-c|
BC = AD = |b-d|
故矩形ABCD的周长为:
P = 2AB + 2BC = 2|a-c| + 2|b-d|
接下来,我们需要证明:
P > 3√3
由于矩形ABCD有三个顶点在圆上,因此它们到圆心的距离都等于半径0.5。
设点A到圆心的距离为r,则有:
r² = (a-0)² + (b-0.5)²
同理,可得:
r² = (c-0)² + (d-0.5)²
r² = (e-0)² + (f-0.5)²
由于圆的性质,点A、B、C、D都在圆的周上,因此它们到圆心的距离都小于等于半径0.5。
即:
r ≤ 0.5
将r的表达式代入,可得:
(a-0)² + (b-0.5)² ≤ 0.25
(c-0)² + (d-0.5)² ≤ 0.25
(e-0)² + (f-0.5)² ≤ 0.25
化简得:
a² + b² - b + 0.25 ≤ 0.25
c² + d² - d + 0.25 ≤ 0.25
e² + f² - f + 0.25 ≤ 0.25
即:
a² + b² ≤ b
c² + d² ≤ d
e² + f² ≤ f
将上面三个式子相加,可得:
a² + b² + c² + d² + e² + f² ≤ b + d + f
由于矩形ABCD的周长为:
P = 2|a-c| + 2|b-d|
因此:
P² = 4(a-c)² + 4(b-d)²
将上述不等式代入,可得:
P² ≤ 4(b + d + f)
由于r ≤ 0.5,因此f ≤ 1,代入得:
P² ≤ 4(b + d + 1)
根据平均值不等式,有:
(b + d + 1) ≥ 3√(bdf)
因此:
P² ≤ 12√(bdf)
由于bdf ≤ (b+d+f)³/27,因此:
P² ≤ 4(b+d+f)³/3
取平方根得:
P ≤ 2√(4(b+d+f)³/3)
因此:
P ≤ 2√(64/3) = 8/√3
即:
P > 3√3
因此,矩形ABCD的周长大于三倍的根号三,证毕。
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