为什么椭圆与直线交点三角形面积最小为ab╱2

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问题描述:

椭圆与直线交点个数简便算法

推荐答案

2023-10-23 21:27:14

当直线与椭圆相交时,交点形成一个三角形。这个三角形的面积最小为ab/2,其中a和b分别是椭圆的半长轴和半短轴。

这个结论可以通过以下推导来解释:

考虑一个椭圆,其方程为(x/a)² + (y/b)² = 1,其中a和b分别是半长轴和半短轴的长度。

假设直线与椭圆相交于两个交点,分别为A和B。连接椭圆的中心点O与交点A、B,形成三角形OAB。

由于直线与椭圆相交,直线的斜率存在,而且不等于无穷大。这意味着直线的方程可以表示为y = mx + c,其中m是斜率,c是截距。

将直线的方程代入椭圆的方程,我们得到:

(x/a)² + [(mx + c)/b]² = 1

将上式整理后可以得到一个二次方程:

[(1/a²) + (m²/b²)]x² + [2mc/b²]x + [(c²/b²) - 1] = 0

这是一个关于x的二次方程,解得两个根x1和x2。

根据代数几何的知识,三角形OAB的面积可以通过三角形的底和高计算得到。底可以表示为|x1 - x2|,高可以表示为|mx1 + c - mx2 - c| / sqrt(1 + m²)。

我们的目标是最小化三角形OAB的面积。利用数学的最优化原理,我们可以对面积公式进行求导,并令导数等于零,以找到最小值。

经过计算和简化,可以得到最小面积的条件为:

2ab = |m|sqrt(a² + b²)

由于m是斜率,斜率的绝对值总是小于等于1,所以上述条件可以简化为:

2ab ≥ sqrt(a² + b²)

这个条件说明了面积最小的三角形的底和高之间的关系。注意到,当等号成立时,面积最小,底为2a,高为b。因此,三角形的面积最小值为底乘以高的一半,即ab/2。

综上所述,当直线与椭圆相交时,交点形成的三角形的面积最小为ab/2。

其他答案

2023-10-23 21:27:14

当直线斜率不存在时,即直线垂直椭圆并过椭圆的焦点所成的面积是最小的,把x等于c代入椭圆方程,求出y等于b方除以a,所以所成三角形面积为ab除以2.

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