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已知 A(1,0), B(1,0), ΔMAB 中, M 为动点, 记 MAB=α, MBA=β, M 满足条件: cosα+cosβ=ksin(α+β) (k 为常数, k>1). 记动点 M 轨迹上的点到原点的距离最小值为 f(k).

  1. M 点的轨迹方程;
  2. f(k) 的解析式;
  3. 求证 f(2)+f(3)++f(n)<34.
解答

  1. M(x,y), 则 cosα=x+1(x+1)2+y2, cosβ=1x(1x)2+y2. 再由正弦定理 sin(α+β)=sinβ2AM=2y(x+1)2+y2(x1)2+y2, 于是条件式变为 x+1(x+1)2+y2+1x(1x)2+y2=2ky[(x+1)2+y2][(x1)2+y2](x+1)(x1)2+y2+(1x)(x+1)2+y2=2ky(x+1)(x1)2+y2=2ky+(x1)(x+1)2+y2(x+1)2y2=4k2y2+(x1)2y2+4ky(x1)(x+1)2+y2(xk2)y=k(x1)(x+1)2+y2(x2+k4)y2=k2(x21)2+k2(x2+1)y2, 于是 y2=k2(x21)2(k21)(k2x2).
  2. t=k2x2(0,k2]. 则 x2+y2=x2+k2(x21)2(k21)t=k2t+k2[(k21)t]2(k21)t=1k21t+k2(k21)tk2. 下面需要判断极值点 k(k21)t 的上界 k2 的大小关系, 分界点位 k=1+52, 于是 f(k)={2kk2,k(1,1+52],1k21,k(1+52,+).
  3. 证明2f(2)++f(n)=i=2n1i21=12i=2n(1i11i+1)=12(1+121n1n+1)<34.