- 刘宸恺 的博客
随笔#2023/9/16
- 2023-9-16 21:24:30 @
昨天上物理课,老师讲到人可通过声音传到两耳的时间差辨别声源的方位,然后我自已脑补了一个题目:
在平面直角坐标系中,已知点,,到点的距离分别为且,求点P的坐标。
首先我们来思考一下:点共有几个呢?这里需要用到圆的一个性质:圆心为O,半径为r的圆可以看成是所有到点O的距离等于r的点的集合
,因此我们分别以点为圆心,为半径画圆,两个圆分别为到点距离为和到点距离为的点的集合,那么这两个集合的交集即两圆的交点便是所求的点。因为,所以两圆相切,有两个交点,即点有个。
分别将这两个点记为、,我们先来研究。
连接,,则,,又知,那么就可以直接套用海伦公式:
记$a=s_{1},b=s_{2},c=\sqrt{(x_{1}-x_{2})^2+(y_{1}-y_{2})^2},p=\frac{a+b+c}{2}$,则.
过点作.
$\because AB=a,S\triangle ABP_{1}=\sqrt{(p-a)(p-b)(p-c)},P_{1}C\bot AB$
$\therefore P_{1}C=\frac{2\sqrt{(p-a)(p-b)(p-c)}}{a}$
$\therefore AC=\sqrt{s_{1}^2-(\frac{2\sqrt{(p-a)(p-b)(p-c)}}{a})^2}$(勾股定理).
然后我们把单独拎出来看看:
在上截取,记点的坐标为,点的坐标为。将置于平面直角坐标系中,过点作平行于轴,过点作,过点作。
$\because P_{1}C=\frac{2\sqrt{(p-a)(p-b)(p-c)}}{a},DC=P_{1}C,AC=\sqrt{s_{1}^2-(\frac{2\sqrt{(p-a)(p-b)(p-c)}}{a})^2}$
$\therefore AD=\sqrt{s_{1}^2-(\frac{2\sqrt{(p-a)(p-b)(p-c)}}{a})^2}-\frac{2\sqrt{(p-a)(p-b)(p-c)}}{a}$,将记为.
由或可证得,,.
$\therefore P_{1}(x_{3}-y_{3}+y_{4},y_{3}+x_{3}-x_{4})$.
至此,问题转化为了求点的坐标。
如何求呢?我们知道一次函数的图像为一条直线,那么我们可以将看成一次函数.
设的解析式为,则有$\left\{\begin{aligned}kx_{1}+b=y_{1} \\kx_{2}+b=y_{2}\end{aligned}\right.$,解得$\left\{\begin{aligned}k=\frac{y_{2}-y_{1}}{x_{2}-x_{1}} \\b=\frac{x_{2}y_{1}+x_{1}y_{2}}{x_{2}-x_{1}}\end{aligned}\right.$,即$y=\frac{x(y_{2}-y_{1})}{x_{2}-x_{1}}+\frac{x_{2}y_{1}+x_{1}y_{2}}{x_{2}-x_{1}}=\frac{y_{1}(x_{2}-x)+y_{2}(x_{1}-x)}{x_{2}-x_{1}}$.这里因式子太长,姑且暂时记为.
设,则.
又
$\therefore s_{3}=\sqrt{temp_{1}^2+(k*temp_{1})^2}=\sqrt{temp_{1}^2(k^2+1)}$
$\therefore temp_{1}=\sqrt{\frac{s_{3}^2}{k^2+1}}=\frac{s_{3}}{\sqrt{k^2+1}}=\frac{s_{3}*\sqrt{k^2+1}}{\sqrt{k^2+1}*\sqrt{k^2+1}}=\frac{s_{3}*\sqrt{k^2+1}}{k^2+1}$.
$\therefore x_{4}=x_{1}+\frac{s_{3}*\sqrt{k^2+1}}{k^2+1},y_{4}=y_{1}+\frac{k*s_{3}*\sqrt{k^2+1}}{k^2+1}$.
至此,我们求得了和,还需要求。
记,则有.
$\therefore s_{4}=\sqrt{temp_{2}^2+(k*temp_{2})^2}=\sqrt{temp_{2}^2(k^2+1)}$
$\therefore temp_{2}=\sqrt{\frac{s_{4}^2}{k^2+1}}=\frac{s_{4}}{\sqrt{k^2+1}}=\frac{s_{4}*\sqrt{k^2+1}}{\sqrt{k^2+1}*\sqrt{k^2+1}}=\frac{s_{4}*\sqrt{k^2+1}}{k^2+1}$
$\therefore x_{3}=x_{1}+\frac{s_{4}*\sqrt{k^2+1}}{k^2+1},y_{3}=y_{1}+\frac{k*s_{4}*\sqrt{k^2+1}}{k^2+1}$
$\therefore P_{1}(x_{1}+\frac{\sqrt{k^2+1}(s_{4}-k*s_{4}+k*s_{3})}{k^2+1},y_{1}+\frac{\sqrt{k^2+1}(s_{4}+k*s_{4}-s_{3})}{k^2+1})$,其中,$s_{3}=\sqrt{s_{1}^2-(\frac{2\sqrt{(p-a)(p-b)(p-c)}}{a})^2}-\frac{2\sqrt{(p-a)(p-b)(p-c)}}{a}$,$s_{4}=\sqrt{s_{1}^2-(\frac{2\sqrt{(p-a)(p-c)(p-c)}}{a})}$,,,,.
同理可得,.
$\therefore P_{2}(x_{1}+\frac{\sqrt{k^2+1}(s_{4}+k*s_{4}-k*s_{3})}{k^2+1},y_{1}+\frac{\sqrt{k^2+1}(k*s_{4}-s_{4}+s_{3})}{k^2+1}) $,其中,$s_{3}=\sqrt{s_{1}^2-(\frac{2\sqrt{(p-a)(p-b)(p-c)}}{a})^2}-\frac{2\sqrt{(p-a)(p-b)(p-c)}}{a}$,$s_{4}=\sqrt{s_{1}^2-(\frac{2\sqrt{(p-a)(p-c)(p-c)}}{a})}$,,,,.
求完了!!!
然而似乎还有一步:
验证
根据图形,我们知道:当时,点只有一个,即此时重合.
$\therefore \sqrt{s_{1}^2-(\frac{2\sqrt{(p-a)(p-b)(p-c)}}{a})^2}=\sqrt{s_{1}^2-(\frac{2\sqrt{(p-a)(p-b)(p-c)}}{a})^2}-\frac{2\sqrt{(p-a)(p-b)(p-c)}}{a}$
那么,是否等于呢?
$\because s_{1}+s_{2}=\sqrt{(x_{1}-x_{2})^2+(y_{1}-y_{2})^2}$
又
得证.
完结撒花!!!
完
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