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我们来解决一个关于抛物线的最值问题。题目给出开口朝向X轴正方向的抛物线,焦距为10,因此抛物线方程为y²=40x,焦点F位于(10,0),准线为x=-10。现在有一条长度固定为40的线段AD在抛物线上滑动,我们需要求出两个端点横坐标之和Xa+Xd的最小值。
现在我们建立坐标系统。设线段AD的两个端点为A(Xa, Ya)和D(Xd, Yd)。由于这两个点都在抛物线上,它们必须满足抛物线方程:Ya²=40Xa和Yd²=40Xd。同时,线段AD的长度固定为40,根据两点间距离公式,我们有约束条件。观察线段在抛物线上的滑动过程,我们的目标是找到使Xa+Xd最小的位置。
现在进行关键的代数推导。首先,我们将横坐标用纵坐标表示:Xa等于Ya²除以40,Xd等于Yd²除以40。然后将这些代入距离公式,得到关于Ya和Yd的方程。为了简化计算,我们引入辅助变量S等于Ya加Yd,P等于Ya乘以Yd。通过一系列代数变换,我们可以将目标函数Xa加Xd表示为关于u的函数,其中u等于S的平方。最终得到Xa加Xd等于u除以80加上32000除以u加1600的形式。
现在我们应用均值不等式来求最小值。对于函数v除以80加上32000除以v,根据AM-GM不等式,当两项相等时函数取得最小值。通过计算,我们得到v等于1600时取得最小值40。观察函数图像可以看到,在v等于1600处确实是最低点。因此Xa加Xd的最小值为40减去20等于20。
现在进行几何验证。当v等于1600时,u等于0,这意味着Ya加Yd等于0,即Ya等于负Yd。此时两点的横坐标相等,都等于10。具体地,最优位置是A(10,20)和D(10,-20)。这条线段恰好是抛物线的正焦弦,垂直于x轴且通过焦点。正焦弦的长度为4p等于40,与题目条件完全吻合。因此,Xa加Xd的最小值为20。