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阿氏圆:到两定点距离之比为定值

到两个定点距离之比等于定值 k(k 不等于 1)的点的轨迹是一个圆,叫阿波罗尼斯圆。它常与胡不归配对,用来解决带系数的线段和最值。

问题引入

「到两定点距离相等的点」的轨迹是垂直平分线——这是学过的。那么:

到两定点距离之比为定值(比如 2 : 1)的点,轨迹是什么?

答案是一个圆,叫阿波罗尼斯圆(阿氏圆)。它是"带系数线段和最小"这类压轴题的钥匙。

动态观察

A、B 是定点,拖动 P 沿圆移动,也可以拖动 k 滑块改变给定比值。

阿氏圆
  1. 拖动 P 沿圆移动,盯住 PA ÷ PB 一行,看它是否始终等于滑块上的比值。
  2. 拖动 k 滑块,观察阿氏圆的大小与位置如何随比值变化。
  3. 注意圆心:它总在直线 AB 上,比值越接近 1,圆越大。

规律发现

设 A、B 为定点,动点 P 满足 PA ÷ PB = k(k > 0 且 k ≠ 1),则 P 的轨迹是一个圆:

圆心在直线 AB 上,半径 R = AB × k ÷ |k² − 1|

当 k = 1 时轨迹退化为 AB 的垂直平分线(可以理解为半径无穷大的圆)。

到两定点 A、B 的距离之比恒为 2 : 1 的点的轨迹是什么?

  • A一条直线
  • B一个圆
  • C一条抛物线
查看答案

是一个圆(阿波罗尼斯圆)。注意与"距离相等"对比:距离相等时轨迹是垂直平分线;比值不等于 1 时轨迹变成圆。

原理解释

轨迹是圆的证明用角平分线定理:

  • 设 P 满足 PA ÷ PB = k,连接 PA、PB;
  • 作 ∠APB 的内平分线交 AB 于 M,由角平分线定理 PM 平分得 AM ÷ MB = PA ÷ PB = k,所以 M 是 AB 上的定点;
  • 再作 ∠APB 的外平分线交直线 AB 于 N,同理 AN ÷ NB = k(取外分),所以 N 也是定点;
  • 内外角平分线互相垂直,所以 ∠MPN = 90°,即 P 在以 MN 为直径的圆上。

于是 P 的轨迹是以 MN 为直径的圆——圆心、半径都只由 A、B、k 决定。

到两定点 A、B 距离之比为 1 的点的轨迹是什么?(填四个字)

查看答案

轨迹是 AB 的垂直平分线。可以代入公式验证:k = 1 时 |k² − 1| = 0,半径趋于无穷,圆退化成直线。

例题应用

阿氏圆的标准题型是求 PA + k · PB 的最小值(0 < k < 1):

  1. 找到定点 A、B 与系数 k,注意题目给的是"PA + k·PB"还是"k·PA + PB"。
  2. 在 AB 上取一个定点 C,使 PC = k · PB(这一步用的是构造阿氏圆,圆心与半径要算准)。
  3. 于是 PA + k·PB = PA + PC,问题变成"求 PA + PC 的最小值"。
  4. 由两点之间线段最短,最小值 = 线段 AC 的长度。

在本单元的画板上,把 k 从 1.2 拖到 3,观察阿氏圆的圆心与半径如何变化。k 越来越接近 1 时会发生什么?

查看答案

参考结论:k 越接近 1,阿氏圆越大(半径 R = AB × k ÷ |k² − 1| 随 k → 1 而趋于无穷),圆心越远。当 k = 1 时圆"退化"成直线——正是 AB 的垂直平分线。这也解释了为什么垂直平分线可以看作半径无穷大的圆。

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