题目内容

在等边三角形ABC中,AB=a,O为△ABC的中心,过O的直线交AB于M,交AC于N,求
1
OM2
+
1
ON2
的最大值和最小值.
分析:如图所示,建立直角坐标系.可得A(0,
3
2
a)
,B(-
1
2
a,0)
,C(
1
2
a,0)
,O(0,
3
a
6
)
.可得直线AB、AC的方程,设直线MN的斜率为k,则y=kx+
3
6
a
.分别与直线AB、AC方程联立可得点M,N的坐标,再利用两点间的距离公式可得
1
OM2
+
1
ON2
关于k,a的表达式,利用斜率k的取值范围和反比例函数的单调性即可得出最大值和最小值
解答:解:如图所示,建立直角坐标系.
则A(0,
3
2
a)
,B(-
1
2
a,0)
,C(
1
2
a,0)
,O(0,
3
a
6
)
.
可得直线AB、AC的方程分别为
x
-
1
2
a
+
y
3
2
a
=1
,
x
1
2
a
+
y
3
2
a
=1
,
分别化为-x+
y
3
=
1
2
a
,x+
y
3
=
1
2
a
.
设直线MN的斜率为k,则y=kx+
3
6
a
.(-
3
3
≤k≤
3
3
)
.
联立
-x+
y
3
=
1
2
a
y=kx+
3
a
6
与
x+
y
3
=
1
2
a
y=kx+
3
a
6
,
解得M(
a
3
k-3
,
a(
3
k-1)
2(k-
3
)
)
,N(
a
3+
3
k
,
a(
3
k+1)
2(
3
+k)
)
.
∴|OM|2=(
a
3
k-3
)2+[
a(
3
k-1)
2(k-
3
)
-
3
a
6
]2
=
a2(1+k2)
3(k-
3
)2
,
|ON|2=(
a
3+
3
k
)2+[
a(
3
k+1)
2(
3
+k)
-
3
a
6
]2
=
a2(1+k2)
3(
3
+k)2
.
∴
1
|OM|2
+
1
|ON|2
=
a2(1+k2)
3(k-
3
)2
+
a2(1+k2)
3(
3
+k)2
a2(1+k2)
3(k-
3
)2
•
a2(1+k2)
3(
3
+k)2
=
6(3+k2)
a2(1+k2)
=
6
a2
(1+
2
1+k2
)
,
∵-
3
3
≤k≤
3
3
,∴0≤k2≤
1
3
,∴
3
2
≤
2
1+k2
≤2
.
∴
15
a2
≤
6
a2
(1+
2
1+k2
)≤
18
a2
.
∴
1
OM2
+
1
ON2
的最大值和最小值分别为
18
a2
,
15
a2
.
从图形上看:当MN∥BC时取得最小值,当MN与AC边上的中线重合时取得最大值.
点评:本题考查了正三角形的中心(重心)的性质、直线相交于直线方程的问题、两点间的距离公式、反比例函数的单调性等基础知识与基本方法,属于难题.
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