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先见森林再寻树木:轨迹定位法确定点的位置(2)

谈志国 数学大思维 2022-07-16

轨迹定位法适用于根据给定条件寻找符合条件的点. 轨迹是符合一定条件的所有点的集合,站得高,方能看得远,看得全,看到轨迹便拥有了全景视野,能够快速而完整地确定符合条件的点. 

再举几例,以体现此法应用的广泛性和高效性.

1.(2016永州)如图,给定一个半径长为2的圆,圆心O到水平直线l的距离为d,即OM=d.我们把圆上到直线l的距离等于1的点的个数记为m.如d=0时,l为经过圆心O的一条直线,此时圆上有四个到直线l的距离等于1的点,即m=4,由此可知:

(1)当d=3时,m=      ;

(2)当m=2时,d的取值范围是      .

分析:d的变化导致⊙O上满足条件的点的个数发生变化,如下图


如何在纸上清晰而快速地确定符合条件的情形呢?

画出到直线l距离为1的点的轨迹为与直线l距离为1的两条平行线m、n,这两条平行线与圆O的公共点即为符合条件的点.

d=3时如下图:

m=2时如下图:

或者圆在下方:

易得,此时1<d<3.

2.(2013杭州)射线QN与等边△ABC的两边AB,BC分别交于点M,N,且AC∥QN,AM=MB=2cm,QM=4cm.动点P从点Q出发,沿射线QN以每秒1cm的速度向右移动,经过t秒,以点P为圆心,√3cm为半径的圆与△ABC的边相切(切点在边上),请写出t可取的一切值.(单位:秒)

分析:运动过程如下图,

当圆P与一边相切时,P到三边的距离为√3cm,其轨迹为6条与各边平行的线段,P点又在射线QN上运动,所以满足条件的P点即为射线QN与6条线段的公共部分,如下图,直观看出,图中黄线与红线的公共部分用绿色标记的即为所求P点范围(两个点和一条线段):


从而易得,t的取值为t=2或3≤t≤7或t=8.

3.(2017泰州卷)阅读理解:

如图①,图形l外一点P与图形l上各点连接的所有线段中,若线段PA1最短,则线段PA的长度称为点P到图形l的距离.

例如:图②中,线段P1A的长度是点P1到线段AB的距离;线段P2H的长度是点P2到线段AB的距离.

解决问题:

如图③,平面直角坐标系xOy中,点A、B的坐标分别为(8,4),(12,7),点P从原点O出发,以每秒1个单位长度的速度向x轴正方向运动了t秒.

(1)当t=4时,求点P到线段AB的距离;

(2)t为何值时,点P到线段AB的距离为5?

(3)t满足什么条件时,点P到线段AB的距离不超过6?(直接写出此小题的结果)

分析:(2)中满足到线段AB距离为5的点的轨迹是下图中的绿色线条,又因为P在x轴上,所以即为交点P1P2.

(3)中到线段AB的距离不超过6的点的轨迹是下图中绿色阴影部分,又因P在x轴上,所以P点范围即是x轴上在阴影之中的部分(P1P2之间).

具体算法读者不妨自己一试.

4.已知点A(0,2√3),点B在x轴上,抛物线y=x2-x-√3上有一点C,满足△ABC是等边三角形,求C点坐标.


分析:B点在x轴上运动时,C点的轨迹是什么?从运动变换的角度看C点是B点绕A点旋转60°而得,因此C点运动的轨迹亦是由B点运动轨迹旋转60°而得,即把x轴绕A点旋转60°所得的直线是C点所在的轨迹. (此变换详见本公众号文章《探本求源-秒解旋转缩放型的动点路径问题》)

C点由B点绕A点顺时针或逆时针旋转60°,由此把x轴绕A点顺时针或逆时针旋转60°,求得C点轨迹是直线y=√3x-2√3或直线y=-√3x-2√3,如下图.


到这里思路便可打开,满足问题条件的点C即是抛物线与上述两直线的交点.



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