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。
m(4, 3√3 k), N(-4, 3√3 \/ k), 其中k = tan(θ\/2)。坐标已被“灵感笔记”中记录的半角公式化简得极致简洁。
他深吸一口气,开始最后的冲锋——求直线mN的方程。
他采用两点式。设m(x1, y1), N(x2, y2),则直线mN的斜率: k_mN= (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m(4, 3√3 k): y- 3√3 k = k_mN * (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mN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mN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。 求m点:m是Ap与x=4的交点。直接将x=4代入Ap方程,用x0, y0表示出m的纵坐标y_m。 同样, 直线bp方程:b(2,0), p(x0,y0)。 求N点:N是bp与x=-4的交点。将x=-4代入bp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mN的方程!
他只是在草稿纸上写下一行字: 【欲证mN过定点,可考虑mN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。
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m:x=4代入,y_m = (√3\/2)(4+2) = (√3\/2)6 = 3√3 → m(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mN:m(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)! 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m:x=4代入,y_m = (-√3\/2)(4+2) = (-√3\/2)6 = -3√3 → m(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mN:m(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。
凌凡看着这两个结果:一条是y=3√3,一条是y=-3√3。这两条水平线,怎么可能有交点?没有交点,怎么找定点?
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,m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mN都是水平的。”
然后,林天话锋一转:“这说明,如果mN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mN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!椭圆方程x2\/4 + y2\/3=1,那就让y2\/3=1\/4,y=±√3\/2!或者让x2\/4=1\/4, x=±1!”
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。” 由椭圆方程:1\/4+ y02\/3 = 1 => y02\/3 = 3\/4 => y02 = 9\/4 => y0 = ±3\/2 取p(1, 3\/2)【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m:x=4代入,y_m = (1\/2)(4+2) = 3 → m(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mN:过点m(4,3)和N(-4,9)。 求这条直线mN的方程: 斜率k= (9-3) \/ (-4-4) = 6 \/ (-8) = -3\/4 方程:用点m(4,3),y - 3 = (-3\/4)(x - 4) 化简:y = (-3\/4)x + 3 + 3 => y = (-3\/4)x + 6
现在,我们有三条直线mN: 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mN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。
“mN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mN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mN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: sometimes, the seemingly cumbersome 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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(逆袭笔记·第六十五章心得:1. 天才的视角:顶尖天赋者常追求最优解和巧妙 bypass,其思路开阔值得借鉴,但未必通用。2. ‘特殊值’法双刃剑:特殊值法是探索规律、验证猜想的强大工具,但需注意其局限性(如本例中平行线导致无法直接求交点),可能存在误导,需谨慎分析。3. 坚信自身路径:当自己的方法逻辑严谨、步步为营时,不应因他人的质疑或看似更‘聪明’的方法而轻易否定自我。笨办法往往是最可靠的办法。4. 碰撞的价值:与高水平者交流思维过程,即使未能直接解决问题,也能极大拓展视野,暴露自身思维盲区,激发新的思考角度。)