在平面上取一點,使它到任意四邊形的頂點的距離和最短

2021-05-23 03:16:49 字數 6388 閱讀 6580

1樓:慄慄慄慄栗子

對角線的交點

任取一點o(交點除外),並連線四邊形的頂點,則有△oac、△obd,根據三角形性質,兩邊之和大於第三邊,則oa+oc>oa+oc、ob+od>ob+od,相加則oa+oc+ob+od>oa+oc+ob+od

2樓:

費馬點之求法(參考圖一)。

(1) 做一三內角均小於120°之△abc。

(2) 以 , 為一邊,分別向外側做正三角形△abd與△ace。

(3) 連線 , 交於p點,則p點即為所求。

2.費馬點的性質:l= + + 為最小值。

~首先證明由上述作法做的費馬點存在-----

ㄅ.(參考圖二)旋轉△bpc,

使 與 重合( = ),

p點落在h處

則∠bpc=∠bhg=120°

ㄆ.又∠bhp=60°(證明在ㄇ)

∴∠bhg+∠bhp=180°

故a,p,h,g三點共線

ㄇ.∵△bhg △bpc

得 = , =

∵∠2+∠3=60°且∠1=∠3

∴∠1+∠2=60°=∠pbh

因此△bph為正△,得 =

知存在一點p使得 + + = + + =

~再來證明所求出的點至三頂點距離最小

ㄅ.(參考圖三)在abc內另取一點q異於p,

連線 、 、

ㄆ.參考步驟(1)之證法同理可證得 + + = + +

ㄇ.故p點使 + + 為最小值

ⅱ.一般費馬點的**僅限於三角皆小於120°三角形內部,那麼如果討論任一角大於或等於120°之三角形,是否能找到一點至三頂點距離和最短?(參考圖四)

(1) △abc的∠a>120°,p為△abc內部任一點

延長 至b',使 =

做∠b'ap'=∠bap,取 =

故△b'ap' △bap,得 = 。

於是 + + = + + ,

(2) 但因∠a>120°,故∠b'ab<60°,

亦得∠pap'<60°;從而等腰三角形p'ap

中∠ap'p>60°,故 >

則 + + > + + > + ,即 + + > +

亦即:如果有一點p與a重合,則p點即是到a、b、c三點距離之和最小的點。

(3) 證得:若已知三角形有一內角大於或等於120°,則費馬點即為該內角的頂點。

ⅲ.三內角皆小於120°的三角形才存在費馬點,但在日常生活中不止三角形需要找到一點到各頂點距離和最小ㄚ!也就是如果改變形狀後是否能找到一點p點,使得p點至頂點距離和最小,我們以下就最簡單的四邊形先做討論(參考圖五)。

(1) 已知:四邊形abcd

求作:abcd內的p點

做法:在四邊形abcd中

∵對角線為直線

∴對角線 為a、c之間的最小距離

同理對角線 為b、d之間的最小距離

發現: 、 之交點p為四邊形abcd內之一點使得 + + + 為最小值

即p點至四邊形四個頂點距離和最小

(2) 證明:(參考圖六)

在四邊形abcd內另取一點p'異於p

連線 、 、 、

△p'bd、△ap'c中

+ > 且 + > (任兩邊和大於第三邊)

∴ + + + > + = + + +

故p點使 + + + 為最小值

(二) 運用物理學方法**費馬點之相關理論———常聽人說『數學是科學之

母』,那是否能運用科學方法驗證費馬點的存在性或一些費馬點的性質ㄋ?參考老師的意見並思考後做了一系列有關力學的實驗:

1. 實驗一:從三力平衡證明費馬點的性質- 、 、 所夾的三個角必為120°。

(1) 以木條為邊組裝正三角形,三頂點各裝置一滑輪,取三條等長棉線一端各懸掛一等重黏土塊w,分別由三滑輪垂下,另一端連在一起代表p點。

(2) 讓重物自然垂下到達靜止狀態,量測∠apb、∠apc、∠bpc之角度(資料說明在表一)。

(3) 因為三重物重量相等,三條線的張力亦相同,即f1=f2=f3=w在平衡時所構成的力圖(參考圖a)形成的「封閉三角形(參考圖b)」為正三角形,亦即該力圖之三力所夾的三個角

皆為120°。

(4) 將步驟(2)之實驗裝置垂直置於一座標平面之上方,紀錄p點座標,再和(三)求出之p點一次函式,以電腦程式計算(詳細程式參考附件二)是否符合。

(5) 重複以上步驟5次,並改變三角形的形狀重複操作。

2. 實驗二:從實驗發現費馬點具有最低的位能的特性。

(1) 以木條為邊組裝正三角形abc置於水平面上,三頂點各裝置一滑輪,取三條等長棉線一端各懸掛一等重黏土塊w,分別由三滑輪垂下,由實驗一已知p點為費馬點。

(2) 於p點(費馬點)懸掛一黏土塊w,讓重物自然垂直向下移動到達靜止狀態(裝置參考圖c),量測此時p點與水平面之垂直距離,分別作三次後取平均值,高度為hp。

(3) 將p點任意移向三邊 、 、 上任意點,然後將重物放開,發現不論在任何邊上,均會趨向費馬點。根據「物體會自由趨向能量最低點」的原理,可證明費馬點具有最低的位能。

(4) 將步驟(3)之實驗過程分別紀錄得到位能高度h'(三次平均值)、 、 (代表從 點釋放後的狀況,依此類推)、 、 、 、 (資料說明在表二)。

(5) 重複以上步驟3次,並改變三角形的形狀重複操作。

(三)求作直角座標系中的費馬點驗證物理實驗結果———直角座標常被利用在地圖的表示上,是否我們能找出求作直角座標系中的p點(p點為至各頂點距離和最小的一點)再配合電腦程式來驗證我們實驗結果?

(1) 三角形---

a.為方便起見一邊固定於x軸上且一頂點為原點,做法乃利用前述(一)的想法

b.以下先就特殊三角形一一做討論再推廣至一般三角形

ㄅ.三角形(參考圖七)

== =

故p點座標為( )

ㄆ.等腰三角形(參考圖八)

∵四邊形aobc為鳶形

∴又∠opc=120°

因此∠opd=60°

故 = = =

則p點座標為( )

ㄇ.直角三角形(參考圖九)

設過p點之函式為y=ax+b

將a,b,c,d四點座標代入

求 , 之方程式並解聯立方程式

: y= x+y1

: y= (x-x1)

得p點座標為

ㄈ.等腰直角三角形

等腰直角三角形為等腰三角形之一種,故p點座標可參考等腰三角形之求法。同理p點座標也可參考直角三角形之求法。

ㄉ.任意三角形(參考圖十)

設過p點之函式為y=ax+b

將a,b,c,d四點座標代入

求 , 並解聯立方程式

: y=

: y=

得p點座標為

(2) 四邊形---

a. 為方便起見一邊固定於x軸上且一頂點為原點,做法乃利用前述(三)的想法

b. 以下先就特殊四邊形一一做討論再推廣至任意四邊形

ㄅ.正方形(參考圖十一)

∵四邊形abco為正方形

∴ 平分 且 =

(正方形中對角線互相平分)

故p點座標為( )

ㄆ.長方形(參考圖十二)

∵四邊形abco為長方形

∴ 平分 且 =

(長方形中對角線互相平分)

故p點座標為( )

ㄇ.平行四邊形(參考圖十三)

∵四邊形abco為平行四邊形

∴ 平分 且 =

(平行四邊形中對角線互相平分)

故p點座標為( )

ㄈ.菱形(參考圖十四)

∵四邊形abco為菱形

∴ 平分 且 =

(菱形中對角線互相平分)

故p點座標為( )

發現:若四邊形對角線互相平分,

則其p點為此四邊形對角線之中點。

ㄉ.等腰梯形(參考圖十五)

作 // //

∵ // //

∴△abp~△opc

設 為 , 為y-

( )∴

又∵abco為等腰梯形

∴故p點座標為( )

ㄊ.兩個內角為直角的梯形(參考圖十六)

作 // //

∵ // //

∴△abp~△opc

設 為 , 為y-

( ) =

∴∵ // //

∴△adp~△aoc

設 為∴

故p點座標為( )

ㄋ.任意梯形(參考圖十七)

作 // //

∵ // //

∴△abp~△opc

設 為 , 為y-

( )=

∴∵ // //

∴△adp~△aoc

設 為∴

故p點座標為( )

(以下為方便起見,將兩頂點固定於x軸上)

ㄌ.鳶形(參考圖十八)

∵ 為對角線

∴p點在x軸上

又四邊形abco為鳶形

∴ 平分且

故p點座標為( )

ㄍ.任意凸四邊形(參考圖十九)

設過p點之函式為y=ax+b

將a,b,c,o四點座標代入

求 , 之方程式並解聯立方程式

: y=

: y=0

得p點座標為

五、 研究結果

以下配合直角座標及物理實驗,依圖形形狀不同一一分析物理及數學所求的資料,找出其相關性。

(一) 正三角形、直角三角形、等腰三角形、等腰直角三角形和任意銳角三角形的p點一次函式(參考前述直角座標的圖形):

1. 正三角形:( )

2. 等腰三角形:( )

3. 直角三角形:

4. 等腰直角三角形:( )或

5. 任意三角形:

(二) 正方形、長方形、平行四邊形、菱形、等腰梯形、兩個內角為直角的梯形、任意梯形、鳶形和任意四邊形的p點一次函式(參考前述直角座標的圖形):

1. 正方形、長方形、平行四邊形、菱形:( )

2. 等腰梯形:( )

3. 兩個內角為直角的梯形:( )

4. 任意梯形:( )

5. 鳶形:( )

6. 任意四邊形:

(三) 實驗一資料(表一):

正三角形 a(2,2 ) b(4,0) c(0,0)

次數 1 2 3 4 5

角度 ∠apc 120° 120.5° 118° 120.5° 120°

∠apb 120° 119.5° 122° 121° 124°

∠bpc 120° 119° 119° 120° 117°

p點座標 測量值 (1.96,0.91) (2.00,1.34) (2.06,1.40) (2.05,1.44) (2.03,1.35)

計算值 約(2,1.154701)

等腰三角形 a(1.5, ) b(3,0) c(0,0)

次數 1 2 3 4 5

角度 ∠apc 123° 118° 119° 122° 120°

∠apb 119° 120° 119.5° 120° 120°

∠bpc 121° 120° 121° 121° 119°

p點座標 測量值 (1.50,1.08) (1.51,0.92) (1.61,0.89) (1.60,0.98) (1.52,1.02)

計算值 約(1.5,0.866025)

直角三角形 a(0,4) b(3,0) c(0,0)

次數 1 2 3 4 5

角度 ∠apc 119° 118° 122° 121.5° 121°

∠apb 120° 121° 120.5° 121° 120°

∠bpc 120° 121° 119.5° 118° 120°

p點座標 測量值 (0.66,0.84) (0.69,0.65) (0.79,0.55) (0.71,0.58) (0.84,0.56)

計算值 約(0.75117,0.695789)

等腰直角三角形 a(0,3) b(3,0) c(0,0)

次數 1 2 3 4 5

角度 ∠apc 121° 120° 119° 118.5° 120°

∠apb 119° 119.5° 121° 119° 119.5°

∠bpc 118° 118° 119.5° 119.5° 118°

p點座標 測量值 (0.58,0.61) (0.72,0.58) (0.62,0.59) (0.50,0.80) (0.66,0.56)

計算值 約(0.633975,0.633975)

任意三角形 a(2.2,3.6) b(4.8,0) c(0,0)

次數 1 2 3 4 5

角度 ∠apc 121.5° 119.5° 120° 118.5° 120°

∠apb 119.5° 120° 120.5° 120° 122°

∠bpc 119° 120.5° 120° 119° 120°

p點座標 測量值 (1.96,0.91) (2.00,1.34) (2.06,1.40) (2.05,1.44) (2.03,1.35)

計算值 約(2.257189,1.381958)

matlab畫圖 平面上已知一點,要從原點(0,0)畫一條射線過這個點,並且要延伸得足夠長,怎麼畫

如果平面上的這個點是 1,2 那麼 可知要畫的這個影象時函式y 2x的影象程式設計如下 x 0 0.01 500 y 2 x plot y,x 祝學習進步 需要過的點 x 橫座標 y 縱座標 w 你要延長之後的倍數,大於1 xx 0 0.5 x yy xx y x xx w xx yy w yy p...

一點一點大咱們都有它猜是什麼,一點一點大咱們都有它猜一字是什麼

謎底 頭 解釋 頭字中包含兩個點和大,因此對應一點一點大,人人都有頭,因此對應咱們都有它,所以答案為 頭 字義 頭 t u tou 1.人身最上部或動物最前部長著口 鼻 眼等器官的部分。2.指頭髮或所留頭髮的樣式 剃 梳 平 分 3.物體的頂端或末梢 山 筆 兒。中間粗,兩 兒細。4.事情的起點或終...

在平面直角座標系中,點A是y軸上一點,若點A的座標為(a 1,a 2),則a另一點B的座標(a 2,a

點a a 1,a 2 在y軸上,a 1 0,解得a 1,a 2 1 2 1,a 3 1 3 2,所以,點b的座標為 1,2 故答案為 1 1,2 在平面直角座標系中,點a是y軸上一點,若它的座標為 a 1,a 1 另一點b的座標為 a 3,a 5 則點b的 點a a 1,a 1 是y軸上一點,a 1...