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我们来分析这道抛物线问题。题目给出开口朝向X轴正方向的抛物线,焦距为10。根据抛物线的标准形式,当焦距p等于10时,抛物线方程为y²=40x。图中显示了这条抛物线,红点是焦点F,绿色线段AD是长度为40的弦在抛物线上滑动。我们需要找到使得A、D两点横坐标之和最小的位置。
为了求解这个问题,我们使用抛物线的参数化表示。对于抛物线y²=40x,可以用参数t表示为x=10t²,y=20t。设点A的参数为t₁,点D的参数为t₂,那么A的坐标是(10t₁²,20t₁),D的坐标是(10t₂²,20t₂)。图中显示了当参数变化时,线段AD在抛物线上的移动情况。
现在我们建立约束条件。由于线段AD的长度为40,我们可以利用距离公式建立等式。将参数表示代入距离公式,经过化简可以得到约束条件。为了便于处理,我们引入新变量S等于t₁加t₂,D等于t₂减t₁。通过这种变量替换,我们得到了一个更简洁的约束条件:D²乘以S²加4等于16。
接下来我们构建目标函数并进行优化。我们要最小化的是Xa加Xd,即10倍的t₁²加t₂²。通过变量替换,这可以表示为5倍的S²加D²。将约束条件代入,得到一个关于S的函数。令u等于S²加4,我们需要最小化函数f(u)等于u加16除以u减4。图中显示了这个函数的图像,可以看到在u等于4时达到最小值4。
通过均值不等式,我们找到了最小值。当u等于4时,函数取得最小值4,此时S等于0,即t₁加t₂等于0。这意味着t₂等于负t₁。取t₁等于1,t₂等于负1,得到点A坐标为(10,20),点D坐标为(10,-20)。此时横坐标之和为20。有趣的是,这个最优位置恰好对应抛物线的通径,即过焦点且垂直于对称轴的弦。因此,AD两点横坐标之和的最小值是20。