晚自习的尾声,空气里漂浮着一种混合了疲惫与解脱的微妙气息。凌凡刚刚从那场由赵鹏引发的“眼瞎乌龙”讲解战中脱身,虽然过程啼笑皆非,但内心却因思维流程得到验证而充盈着一种扎实的满足感。他重新将注意力集中回自己的战场——那道即将攻克的椭圆压轴题。
他深吸一口气,开始最后的冲锋——求直线n的方程。
他采用两点式。设(x1, y1), n(x2, y2),则直线n的斜率: k_n= (y2 - y1) / (x2 - x1) = [ (3√3 / k) - (3√3 k) ] / [ (-4) - 4 ] = [ 3√3 (1/k - k) ] / (-8) 化简:= [ 3√3 ( (1-k2)/k ) ] / (-8) = - (3√3 (1-k2)) / (8k)
接着,他用点斜式,取点(4, 3√3 k): y- 3√3 k = k_n (x - 4) 即 y- 3√3 k = [ - (3√3 (1-k2)) / (8k) ] (x - 4)
这个方程看起来依然复杂,含有参数k。但他记得目标:证明n恒过定点。这意味着这个方程应该能整理成某种形式,其中参数k的影响会被抵消,或者方程始终满足某个固定点的坐标。
他尝试着将方程去分母,两边同时乘以8k: 8k(y - 3√3 k) = -3√3 (1-k2) (x - 4) 展开左边:8k y - 24√3 k2 = -3√3 (1-k2)(x-4) 展开右边:= -3√3 (x-4) + 3√3 k2 (x-4)
将含有k2的项移到一边,不含k的项移到另一边: 8k y- 24√3 k2 - 3√3 k2 (x-4) = -3√3 (x-4) 合并k2项:8k y - 3√3 k2 [ 8 + (x-4) ] = -3√3 (x-4) // -24√3 = -3√3 8 即:8k y - 3√3 k2 (x + 4) = -3√3 (x-4)
这个方程对于任意k(即对于椭圆上任意点p)都要成立,并且要导致n过定点。观察这个式子,它含有k的一次项和二次项。一个思路是将其视为关于k的方程,要求它对所有k都成立,那么k的各次幂的系数必须分别等于零?(但这似乎不对,因为k是变化的)
他正在苦苦思索如何从这个方程中挖掘出“恒过定点”的信息,一个身影悄无声息地停在了他的桌旁。
凌凡下意识地抬头,映入眼帘的是林天那张总是带着几分懒散和漠然的脸。林天似乎刚睡醒,眼角还带着一丝惺忪,但那双眼睛看向凌凡草稿纸时,却闪过一抹锐利的光。
“椭圆定点题?”林天的声音很平淡,听不出情绪,他目光扫过凌凡那写满了化简过程和最终那个复杂方程的草稿纸,眉头几不可察地微微蹙起,“你这么做……不觉得太麻烦了吗?”
凌凡的心猛地一跳。麻烦?他觉得自己已经运用了灵感,化简了坐标,每一步都逻辑清晰,怎么在林天的眼里,就成了“麻烦”?
一种混合着不服气和不自信的情绪涌上来。他稳住心神,尽量平静地问:“那……应该怎么做?”
林天没直接回答,而是随手从凌凡笔袋里抽了一支铅笔,俯下身,在凌凡草稿纸的空白处画了起来。
他没有设参数θ,也没有进行任何三角变换。
他只是很简单地设点p(x0, y0),且满足椭圆方程 x02/4 + y02/3 = 1。
然后,他写: 直线ap方程:a(-2,0), p(x0,y0), 两点式求得方程。的交点。的交点。方程,得到n的纵坐标y_n。
林天写得很快,表达式看起来确实比凌凡的三角形式要复杂一些,涉及x0, y0。凌凡心中稍安,觉得似乎也没简单到哪里去。
但接下来,林天的操作让凌凡瞪大了眼睛。
林天并没有去求直线n的方程!
他只是在草稿纸上写下一行字: 【欲证n过定点,可考虑n的任意两位置交点】
随即,林天特殊取点!他并不是随机取,而是选择了两个极其特殊的p点位置。
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第一种情况:他取p为椭圆上顶点(0, √3)!【因为椭圆y轴上的点计算最简单】 代入计算: p(0,√3) ap方程:过a(-2,0)和p(0,√3),斜率=√3/2,方程:y = (√3/2)(x+2) 求:x=4代入,y_ = (√3/2)(4+2) = (√3/2)6 = 3√3 → (4, 3√3) bp方程:过b(2,0)和p(0,√3),斜率=√3/(0-2)= -√3/2,方程: y = (-√3/2)(x-2) 求n:x=-4代入,y_n = (-√3/2)(-4-2) = (-√3/2)(-6) = 3√3 → n(-4, 3√3) 此时,直线n:(4,3√3), n(-4,3√3), 是一条水平线 y = 3√3。
第二种情况:他取p为椭圆下顶点(0, -√3)!此时,直线n:(4,-3√3), n(-4,-3√3), 是一条水平线 y = -3√3。
写完这两种情况,林天停下了笔。
就在凌凡疑惑之际,林天的手指在这两个y值上点了点,淡淡地说:“这两条线平行,说明定点不在水平方向上。但注意,这两种情况下,和n的横坐标都是4和-4。也就是说,无论p取上顶点还是下顶点,直线n都是水平的。”
然后,林天话锋一转:“这说明,如果n恒过某个定点,这个定点的纵坐标,必然同时满足y=3√3和y=-3√3?这显然不可能。所以……”
林天顿了顿,看了一眼凌凡。
凌凡福至心灵,脱口而出:“所以定点不在水平线上!但……也许它的横坐标是固定的?我们还需要取其他特殊的p点!”
“对。”林天似乎对凌凡能跟上思路有点意外,继续道:“取一个能让n不水平的点。比如,取p为右端点?不行,p异于a,b,右端点就是b(2,0),不行。取一个……让ap或bp斜率不存在的点?椭圆上哪点……”
林天沉吟一秒,忽然眼睛微亮:“取p为(0, y0)我们已经取过了。取p为(x0, 0)?但x轴上只有a、b两点……那就取一个无限接近b点的点?计算麻烦。”
这时,凌凡突然插话,声音带着一丝兴奋:“或者!我们取一个能让计算尽可能简单的点!比如……比如取一个让p点坐标数字简单的点!
他被林天的特殊取值法激发了灵感。
林天挑了挑眉,似乎觉得可行:“可以,试试x0=1。”【第一象限】
计算: ap方程:过a(-2,0)和p(1,3/2),斜率= (3/2 - 0) / (1 - (-2)) = (3/2)/3 = 1/2 方程:y = (1/2)(x + 2) 求:x=4代入,y_ = (1/2)(4+2) = 3 → (4, 3) bp方程:过b(2,0)和p(1,3/2),斜率= (3/2 - 0) / (1 - 2) = (3/2)/(-1) = -3/2 方程:y = (-3/2)(x - 2) 求n:x=-4代入,y_n = (-3/2)(-4-2) = (-3/2)(-6) = 9 → n(-4, 9)
现在,我们有了第三条n:过点(4,3)和n(-4,9)。方程:用点(4,3),y - 3 = (-3/4)(x - 4) 化简:y = (-3/4)x + 3 + 3 => y = (-3/4)x + 6
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现在,我们有三条直线n: l1:y = 3√3 (当p为上顶点时) l2:y = -3√3 (当p为下顶点时) l3:y = (-3/4)x + 6 (当p为(1, 3/2)时)
如果n恒过定点,那么这个定点必须同时在l1、l2、l3上?但l1和l2是两条平行水平线,根本没有交点。这说明什么?
凌凡和林天同时陷入了沉默。
突然,林天轻轻“啧”了一声,摇了摇头:“不对。我搞错了。”
凌凡看向他。
“n直线是随着p点变化而变化的,”林天冷静地分析,“它并不是同一条直线。所谓‘恒过定点’,是指每一条这样的动直线(对应每一个p点),都经过那一个固定的点。并不意味着所有动直线都交于同一点(那样就成了线束了,但这里显然不是)。所以,我们不能让l1、l2、l3求公共交点。”
凌凡顿时明白了。确实,l1和l2平行,它们不可能有交点,但这并不妨碍它们各自与那个定点相交(如果存在的话),只是那个定点的纵坐标对l1来说是3√3,对l2来说是-3√3,这显然矛盾。
“所以,”凌凡思维飞速转动,“‘特殊取点’法在这里行不通?因为取上、下顶点得到的n是两条平行线,它们暗示了定点可能不存在?或者……我的计算错了?”
林天也皱紧了眉头,再次检查上、下顶点的计算。“计算没错。”他确认道。
一时间,两人都卡住了。凌凡那繁琐但正统的推导似乎走到了死胡同,林天这取巧的“特殊值”法也遭遇了逻辑困境。
晚自习结束的铃声准时响起,打断了他们的僵局。
同学们开始喧闹着收拾东西。
林天直起身,把铅笔扔回凌凡的笔袋,脸上又恢复了那副懒洋洋的样子,仿佛刚才那片刻的专注和锐利从未存在过。“啧,这题有点意思。”他丢下这么一句模棱两可的话,揣着兜晃晃悠悠地走了。
留下凌凡一个人,对着草稿纸上那三种不同形态的n直线方程,以及自己那未完成的、看似“麻烦”的推导过程,若有所思。
林天的方法看似巧妙,却似乎引入了新的问题。而自己那“麻烦”的方法,虽然计算量大,却一步步脚踏实地,或许才是通往正确答案的独木桥。
他并没有因为林天的质疑而自我否定,反而生出一种更强的信念: sotis, the seegly cuberso way is the only way (有时候,看似麻烦的路,才是唯一的路。)
他小心翼翼地将草稿纸收好,包括林天写下的部分。
这场短暂的交锋,没有胜败,却像一块磨刀石,让凌凡的思维变得更加锐利。他看到了另一种截然不同的思维风格——天才的、试图寻找捷径的、充满灵性的风格。
但也更坚定了自己的道路——勤奋的、严谨的、一步一个脚印的、属于逆袭者的风格。
他知道,这道题,他必须用自己的方法,走下去。
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