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这是一道关于特征值的几何问题。首先理解特征值的定义:对于两点A和B,设m等于两点横坐标之和,n等于两点纵坐标之和,特征值定义为m减n的绝对值。对于两个图形,特征值是所有点对特征值的最大值。题目给出线段DE从D(6,0)到E(4,0),向左平移t秒后得到D₁E₁,同时有一个面积为2的正方形,其对角线交点为G(2t, 2t)。我们需要求正方形与线段的特征值k的最小值。
现在分析线段的平移和正方形的位置变化。原线段DE从D(6,0)到E(4,0),向左平移t秒后,D₁的坐标变为(6-t, 0),E₁的坐标变为(4-t, 0),线段长度保持为2。同时,正方形的面积为2,所以边长为根号2。正方形的中心G的坐标为(2t, 2t),随着t的变化而移动。让我们观察当t从1变化到3时,线段和正方形的位置变化。
现在推导特征值的计算公式。正方形的四个顶点坐标可以表示为:A点坐标为(2t减根号2除以2, 2t减根号2除以2),B点为(2t加根号2除以2, 2t减根号2除以2),C点为(2t加根号2除以2, 2t加根号2除以2),D点为(2t减根号2除以2, 2t加根号2除以2)。线段D₁E₁上任意一点P的坐标为(s, 0),其中s在区间[4-t, 6-t]内。特征值的计算需要找到m等于正方形顶点横坐标加线段上点横坐标,n等于正方形顶点纵坐标加线段上点纵坐标,然后求|m-n|的最大值。
通过分析可知,正方形的四个顶点中,C点的坐标最大,为(2t加根号2除以2, 2t加根号2除以2)。线段上的点P坐标为(s, 0),其中s在区间[4-t, 6-t]内。计算特征值时,m等于C点横坐标加P点横坐标,n等于C点纵坐标加P点纵坐标。由于P点纵坐标为0,所以特征值k等于|m-n|等于|s|等于s。当s取最大值6-t时,k达到最大值6-t。观察t从1变化到3的过程,可以看到k值的变化规律。
现在给出最终答案。对于问题1,k的最小值:由于k等于6减t,且t大于0,理论上k可以无限小。但考虑到实际的几何约束条件,当正方形与线段不相交时,k的最小值为2。对于问题2,当k小于等于6时:由不等式6减t小于等于6,得到t大于等于0。结合题目条件t大于0,所以t的取值范围是0到正无穷的开区间。图中蓝色曲线显示了k随t的变化关系,黄色区域表示k小于等于6的范围。