2006年莫斯科大學數(shù)學力學系入學考試數(shù)學試卷的一道壓軸題是(表述略有改動):
求二元函數(shù)z=|2x-y-1|+|x+y|+|y|的最小值.
俄羅斯《中學數(shù)學》雜志2007年第1期上給出了該題的一種解法,此解法巧妙地利用了數(shù)形結(jié)合的思想,簡潔的求得了最小值,解題過程中應(yīng)用了這樣一個事實:在數(shù)軸上有三個點,它們的坐標分別為y1,y2,y3(y1 文[1]運用以上事實又給出了一種解法,本文將運用點到直線的距離公式簡捷地解答本題: 得z=5·|2x-y-1|22+12+2·|x+y|12+12+|y|,所以z表示平面直角坐標系xoy中的動點P(x,y)到直線l1:2x-y-1=0的距離d1的5倍、直線l2:x+y=0的距離d2的2倍、直線l3:y=0(即x軸)的距離之和.(請讀者自己畫圖) 得l1,l2;l2,l3;l3,l1的交點分別是p3(13,-13),p1(0,0),p2(12,0). 結(jié)合圖形易知點P只有在△p1p2p3的內(nèi)部(包括邊界上)時,z才可能取到最小值;進而可得,點P只有在△p1p2p3的頂點時,z才可能取到最小值.而當點P分別是p1,p2,p3時,z的值分別為13,1,12,從而可得z的最小值,為13(當且僅當x=13,y=-13時取到最小值). 早在2000年,筆者就發(fā)表了文章《四種Fermat點及其作法》[2],該文第4節(jié)“3型Fermat點及其作法”給出了上面題目的一般情形及其解法(讀者可閱讀原文): 定義 在空間里,若點p3到已知的三條共面直線a,b,c的距離之和最?。ù藭r必有p3,a,b,c共面),則點p3叫做a,b,c的3型Fermat點. 定理 當三條直線a,b,c可圍成△ABC時,若p3是a,b,c的3型Fermat點,則 (1)當△ABC是正三角形時,p3為△ABC內(nèi)(包括邊界上)的任意點. (2)當△ABC是腰大于底的等腰三角形時,p3為底上的任意點. (3)其他情形時,p3為△ABC的最大內(nèi)角項點. 參考文獻 [1] 戎松魁,李學軍.一個俄羅斯高考題的特殊解法[J].中學數(shù)學,2008,6。 [2] 甘志國.四種Fermat點及其作法[J].數(shù)學通訊,2000,23. 注:本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請以PDF格式閱讀原文