已知直线l:3x+4y-40=0,点A(-1,5), 点B(-2,-2),点C(5,5),若p是三角形ABC外接圆上的一点,则点p到直线l的距离的取值范围是()?
时间: 2024-05-28 21:11:06 浏览: 142
解三角形专题复习之——取值范围问题PPT学习教案.pptx
首先,我们可以求出三角形 $ABC$ 的外接圆的圆心 $O$ 和半径 $R$。由于 $A,B,C$ 不共线,故它们确定一个圆。可以根据三角形的三边长度或三个顶点坐标求出圆心和半径,这里我们采用后者。
设圆心为 $(x_0,y_0)$,则有以下方程组成立:
$$\begin{cases} (x_0+1)^2 + (y_0-5)^2 = R^2 \\ (x_0+2)^2 + (y_0+2)^2 = R^2 \\ (x_0-5)^2 + (y_0-5)^2 = R^2 \end{cases}$$
将第一个式子展开,得到
$$x_0^2 + y_0^2 - 2x_0 - 10y_0 + 27 = R^2$$
将第二个式子展开,得到
$$x_0^2 + y_0^2 + 4x_0 + 4y_0 + 8 = R^2$$
将第三个式子展开,得到
$$x_0^2 + y_0^2 - 10x_0 - 10y_0 + 50 = R^2$$
将三个式子相减,消去 $R^2$,得到
$$6x_0 + 6y_0 = 35$$
即
$$x_0 + y_0 = \frac{35}{6}$$
将前面三个式子中的 $R^2$ 代入任意一个式子中,可以得到
$$(x_0+1)^2 + (y_0-5)^2 = (x_0+2)^2 + (y_0+2)^2 = (x_0-5)^2 + (y_0-5)^2$$
展开后整理,可以得到
$$3x_0 - 4y_0 = 6$$
将 $x_0 + y_0 = \frac{35}{6}$ 代入,得到
$$x_0 = \frac{23}{5}, y_0 = \frac{12}{5}$$
故圆心 $O$ 的坐标为 $(\frac{23}{5}, \frac{12}{5})$,半径 $R$ 的值可以用任意一个式子求出,例如
$$(\frac{23}{5}+1)^2 + (\frac{12}{5}-5)^2 = R^2$$
化简得到 $R^2 = \frac{674}{25}$。
接下来,我们要求点 $P$ 到直线 $l: 3x+4y-40=0$ 的距离的取值范围。设点 $P$ 的坐标为 $(x_P,y_P)$,则点 $P$ 到直线 $l$ 的距离为
$$d = \frac{|3x_P+4y_P-40|}{5}$$
又因为点 $P$ 在圆上,故有
$$(x_P - \frac{23}{5})^2 + (y_P - \frac{12}{5})^2 = \frac{674}{25}$$
我们可以将上式展开,得到
$$x_P^2 + y_P^2 - \frac{46}{5}x_P - \frac{24}{5}y_P + \frac{175}{25} = 0$$
将 $d$ 代入上式,得到
$$x_P^2 + y_P^2 - \frac{46}{5}x_P - \frac{24}{5}y_P + \frac{175}{25} = \frac{3}{25}|3x_P + 4y_P - 40|$$
移项整理,得到
$$(\frac{23}{5} - x_P)^2 + (\frac{12}{5} - y_P)^2 = \frac{3}{25}|3x_P + 4y_P - 40| + \frac{19}{25}$$
我们可以将 $|3x_P + 4y_P - 40|$ 的值分别代入,得到两个不等式
$$(\frac{23}{5} - x_P)^2 + (\frac{12}{5} - y_P)^2 \ge \frac{19}{25}$$
$$(\frac{23}{5} - x_P)^2 + (\frac{12}{5} - y_P)^2 \le \frac{3}{25}\cdot 25 + \frac{19}{25} = 1$$
综上所述,点 $P$ 到直线 $l$ 的距离的取值范围是 $\frac{2}{5} \le d \le 1$。
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