每日一题[1409]无限反射

段数有限的折线内接于抛物线,其始点与抛物线的顶点重合,折线中任意共顶点的两线段与抛物线在该点处的切线都成等角.证明:这样的折线只能位于抛物线对称轴一侧.

解析    不妨设抛物线为 y=ax2a>0),依次取折线上三个相邻的顶点 Ai(xi,ax2i)i=n,n+1,n+2nN),于是直线 AnAn+1、在 An+1 处的切线、直线 An+1An+2 的斜率 k1,k,k2 分别为k1=a(xn+xn+1),k=2axn+1,k2=a(xn+1+xn+2),

进而由题中的等角条件,可得2k1k2=k1+k21k1k2,
整理可得(4a2x2n+1+1)(xn+1xn)2=(4a2xnxn+1+1)(xn+2xn+1)(xn+1xn),
于是 xn+1xnxn+2xn+1 同号,进而当折线始于原点时,折线总在抛物线的对称轴同一侧,命题得证.

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