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2006年莫斯科大学数学力学系入学考试数学试卷的一道压轴题是(表述略有改动):
求二元函数z=|2x-y-1|+|x+y|+|y|的最小值.
俄罗斯《中学数学》杂志2007年第1期上给出了该题的一种解法,此解法巧妙地利用了数形结合的思想,简洁的求得了最小值,解题过程中应用了这样一个事实:在数轴上有三个点,它们的坐标分别为y1,y2,y3(y1 文[1]运用以上事实又给出了一种解法,本文将运用点到直线的距离公式简捷地解答本题:
得z=5·|2x-y-1|22+12+2·|x+y|12+12+|y|,所以z表示平面直角坐标系xoy中的动点P(x,y)到直线l1:2x-y-1=0的距离d1的5倍、直线l2:x+y=0的距离d2的2倍、直线l3:y=0(即x轴)的距离之和.(请读者自己画图)
得l1,l2;l2,l3;l3,l1的交点分别是p3(13,-13),p1(0,0),p2(12,0).
结合图形易知点P只有在△p1p2p3的内部(包括边界上)时,z才可能取到最小值;进而可得,点P只有在△p1p2p3的顶点时,z才可能取到最小值.而当点P分别是p1,p2,p3时,z的值分别为13,1,12,从而可得z的最小值,为13(当且仅当x=13,y=-13时取到最小值).
早在2000年,笔者就发表了文章《四种Fermat点及其作法》[2],该文第4节“3型Fermat点及其作法”给出了上面题目的一般情形及其解法(读者可阅读原文):
定义 在空间里,若点p3到已知的三条共面直线a,b,c的距离之和最小(此时必有p3,a,b,c共面),则点p3叫做a,b,c的3型Fermat点.
定理 当三条直线a,b,c可围成△ABC时,若p3是a,b,c的3型Fermat点,则
(1)当△ABC是正三角形时,p3为△ABC内(包括边界上)的任意点.
(2)当△ABC是腰大于底的等腰三角形时,p3为底上的任意点.
(3)其他情形时,p3为△ABC的最大内角项点.
参考文献
[1] 戎松魁,李学军.一个俄罗斯高考题的特殊解法[J].中学数学,2008,6。
[2] 甘志国.四种Fermat点及其作法[J].数学通讯,2000,23.
注:本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文
求二元函数z=|2x-y-1|+|x+y|+|y|的最小值.
俄罗斯《中学数学》杂志2007年第1期上给出了该题的一种解法,此解法巧妙地利用了数形结合的思想,简洁的求得了最小值,解题过程中应用了这样一个事实:在数轴上有三个点,它们的坐标分别为y1,y2,y3(y1
得z=5·|2x-y-1|22+12+2·|x+y|12+12+|y|,所以z表示平面直角坐标系xoy中的动点P(x,y)到直线l1:2x-y-1=0的距离d1的5倍、直线l2:x+y=0的距离d2的2倍、直线l3:y=0(即x轴)的距离之和.(请读者自己画图)
得l1,l2;l2,l3;l3,l1的交点分别是p3(13,-13),p1(0,0),p2(12,0).
结合图形易知点P只有在△p1p2p3的内部(包括边界上)时,z才可能取到最小值;进而可得,点P只有在△p1p2p3的顶点时,z才可能取到最小值.而当点P分别是p1,p2,p3时,z的值分别为13,1,12,从而可得z的最小值,为13(当且仅当x=13,y=-13时取到最小值).
早在2000年,笔者就发表了文章《四种Fermat点及其作法》[2],该文第4节“3型Fermat点及其作法”给出了上面题目的一般情形及其解法(读者可阅读原文):
定义 在空间里,若点p3到已知的三条共面直线a,b,c的距离之和最小(此时必有p3,a,b,c共面),则点p3叫做a,b,c的3型Fermat点.
定理 当三条直线a,b,c可围成△ABC时,若p3是a,b,c的3型Fermat点,则
(1)当△ABC是正三角形时,p3为△ABC内(包括边界上)的任意点.
(2)当△ABC是腰大于底的等腰三角形时,p3为底上的任意点.
(3)其他情形时,p3为△ABC的最大内角项点.
参考文献
[1] 戎松魁,李学军.一个俄罗斯高考题的特殊解法[J].中学数学,2008,6。
[2] 甘志国.四种Fermat点及其作法[J].数学通讯,2000,23.
注:本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文