每日一题[401]“非典型”坐标

这是我从“数海拾贝读者俱乐部”中看到的题:

已知点$A(0,-1),B(3,0),C(1,2)$,平面区域$P$是由所有满足$\overrightarrow {AM}=\lambda \overrightarrow {AB}+\mu\overrightarrow {AC}$(其中$2<\lambda <m,2<\mu<n$)的点$M$组成的区域,若区域$P$的面积为$16$,则$m+n$的最小值为____.


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正确答案是$4+2\sqrt 2$.

 向量$\overrightarrow {AB}=(3,1)$,$\overrightarrow {AC}=(1,3)$,如图:

屏幕快照 2016-02-17 下午3.09.55先考虑如何得到满足条件$$\overrightarrow {AM}=\lambda \overrightarrow {AB}+\mu\overrightarrow {AC}$$的点$M$的位置(不考虑题目中$\lambda,\mu$的范围):在直线$AB,AC$上作出向量$$\overrightarrow {AM_1}=\lambda \overrightarrow {AB},\overrightarrow {AM_2}=\mu\overrightarrow {AC},$$过$M_1,M_2$作别作$AC,AB$的平行线,交于点$M$,则$$\overrightarrow {AM}=\lambda \overrightarrow {AB}+\mu\overrightarrow {AC}.$$由此我们容易得到区域$P$如下:
屏幕快照 2016-02-24 上午10.33.59平行四边形的两边分别对应的向量为$$(m -2)\overrightarrow {AB},(n-2)\overrightarrow {AC},$$我们容易计算得以$AB,AC$为邻边的平行四边形的面积为$8$,所以区域$P$的面积为$8(m-2)(n-2)$,从而有$$(m-2)(n-2)=2.$$因为$m>2,n>2$,由均值不等式知$$m-2+n-2\geqslant 2\sqrt{(m-2)(n-2)}=2\sqrt 2,$$从而有$$m+n\geqslant 4+2\sqrt 2,$$当且仅当$m=n=2+\sqrt 2$时取到等号.

我们熟悉的平面直角坐标系下的坐标,是取一组单位正交基后,任一向量在单位正交基下分解的系数.事实上,任意两个不共线的向量都可以作为基底,此时,该平面上任意一个向量在此基底下都可以作唯一的分解,得到唯一的“坐标”,这样的“坐标”在进行线性运算时,规则与平面直角坐标系下的坐标完全相同,只有在计算数量积时才会有些麻烦.平面直角坐标系下坐标的运算规则是从基底推导来的,更好地理解基底的概念,才能抓住坐标的本质,更灵活地解决向量问题.

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