立几和解几中最值问题解法的类比 陈华云 几何学中的最值问题与几何图形的性质相关联,常常通过画图、几何变换和利用几何中不等量的关系来求解
建立函数关系,把几何问题转化为代数问题(即代数化)进行求解,也是一种重要的思想方法
一、“展平法”是解决多面体和旋转体表面距离最短问题的有效手段 例 1
已知边长为 1 的正方体 ABCD,一只蚂蚁沿其表面从 A 点爬到 C1点,求其最短距离
(如图 1 将几何体展平有三种形式,只需比较 AE、AF、AG 的大小即可)图 1 引申 1:已知长方体 ABCD-的长、宽、高分别为 3、2、1,求沿其表面从 A 点到 C1点的最短距离
引申 2:若引申 1 中长、宽、高分别设为,结果如何
二、利用曲线的定义和性质求解析几何中的最值问题是其特有的方法 例 2
如图 2,已知 P 是椭圆上的动点,求它到左焦点 F1的最小距离和最大距离
图 2 解:由椭圆的第一定义知, 在△中, 则 故 当且仅当点 P 与椭圆的左(右)顶点重合时 左(右)边的等号成立
引申:如图 3,已知椭圆的方程为,是椭圆的左、右焦点,点是椭圆内的点,而点 P 为椭圆上的动点,求的最值
图 3 解:由椭圆第一定义知: 在△中, 则 当且仅当点 F2在线段 PM 上时取等号
同理:, 当且仅当点 M 在线段 PF2上时取等号
引申 2:如图 4,已知椭圆的方程为,是椭圆的左、右焦点,e 为其离心率,直线 l 为其左准线,点 M()是椭圆内的点,而点 P 为椭圆上的动点,求的最小值
图 4 解:由点 P 向 l 作垂线,垂足为 H, 当且仅当 M、P、H 三点共线时取等号
三、“引变量,建函数”,运用配方法求最值 例 3
直平行六面体底面两邻边之和为 a,底面的锐角为 30°,侧面积为 S,求其体积的最大值
解:设底面一边长为 x,则其邻边长为(如图 5)图 5 又设