每日一题[15]不变量与“完美点”

今天带来的题目是2015年北京海淀区高三期末理科选择最后一题.这道题目是经典的解析几何动态问题,需要运用函数与方程思想,积极探索构造不变量加以解决.

已知点\(A\)在曲线\(P:y=x^2(x>0)\)上,圆\(A\)过原点\(O\),且与\(y\)轴的另一个交点为\(M\).若线段\(OM\),圆\(A\)和曲线\(P\)上分别存在点\(B\)、点\(C\)和点\(D\),使得四边形\(ABCD\)(点\(A,B,C,D\)顺时针排列)是正方形,则称点\(A\)为曲线\(P\)的“完美点”.那么下列结论中正确的是(        )

A.曲线\(P\)上不存在“完美点”

B.曲线\(P\)上只存在一个“完美点”,其横坐标大于\(1\)

C.曲线\(P\)上只存在一个“完美点”,其横坐标大于\(\dfrac 12\)且小于\(1\)

D.曲线\(P\)上存在两个“完美点”,其横坐标均大于\(\dfrac 12\)


cover正确答案是B,你做对了吗?

想象自己是一个插图师,需要给这道题目配图.当然,除非先计算出了\(A,B,C,D\)点的准确位置,否则无法准确的画出这个正方形来.因此我们可以在曲线\(P\)上挑一个\(A\)的位置,然后在此基础上进行作图尝试.虽然\(A\)的位置基本是错误的,但如果我们使用尽量保证图形靠近正方形的作图法,就可以通过调整\(A\)点的位置,将图形调整为正方形.如图:

QQ20150201-4         QQ20150201-5         QQ20150201-6

1、连接\(OA\),则\(OA\)的长度就是正方形的对角线长;

2、以\(A\)为圆心\(\dfrac{OA}{\sqrt 2}\)为半径作圆,取该圆与\(y\)轴交点中上方的一个为\(B\),取该圆与抛物线交点中上方的一个为\(D\)(这是因为点\(A,B,C,D\)顺时针排列);

3、作\(\angle BAD\)的平分线,并截取\(AC=AO\).

此时我们只需要调整\(A\)的位置,使得\(\angle BAD=90^\circ\)即可(有没有“万事俱备,只欠东风”的感觉?).

接下来,考虑这样的位置能否找到;如果能找到,有几个?

设\(A\)的坐标为\(A(m,m^2)\).则\(m\)至少为\(1\),否则无法找到\(B\).当\(m=1\)时,显然\(\angle BAD\)为钝角;而当\(m\)逐渐增大时,将\(\angle BAD\)为分割为两个部分:

QQ20150201-7

很明显,这两个部分都单调递减,且趋于\(0\)(想一想,为什么?)

于是满足条件的\(A\)的位置必然存在,且唯一,选B.

最后附上插画师的完成效果图:

QQ20150201-8

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