第18章 午后的圖書館
- 梧桐葉落時見
- 終將歸故里
- 3350字
- 2025-07-14 17:16:01
午休的圖書館像被按下了靜音鍵,陽光透過高大的玻璃窗,在地板上投下格子狀的光斑,空氣中浮動著舊書頁特有的油墨香。四人選了靠窗的長條木桌,桌角的綠蘿垂著幾片新葉,葉尖的水珠在光線下亮得像碎鉆。
張舒白把書包往桌上一甩,掏出那本燙金封面的奧數(shù)真題集,翻到夾著書簽的一頁,用手指敲了敲題目:“來,大學霸,看看這道題,我昨晚跟它死磕到十一點,腦細胞陣亡了一半。”
陳宇湊過去,蘇瑤和劉若沚也跟著探過身。題目是這樣的:
“在平面直角坐標系中,已知點A(0,2),B(4,0),C(0,0),D為線段AB上一點,DE⊥AB交x軸于點E,DF⊥DE交y軸于點F。當D在線段AB上運動時,求線段EF中點M的軌跡方程,并判斷軌跡形狀。”
蘇瑤光是讀題就皺起了眉,筆尖在草稿紙上畫著坐標系,把A、B、C三點標出來后,發(fā)現(xiàn)AB是連接(0,2)和(4,0)的直線,C在原點。她戳了戳陳宇的胳膊:“DE⊥AB,DF⊥DE,這線也太多了吧,怎么找中點M的坐標啊?”
陳宇沒立刻回答,先在草稿紙上寫下AB的直線方程。他的筆尖劃過紙張,發(fā)出沙沙的輕響:“先求AB的解析式。已知A(0,2)和B(4,0),斜率k=(0-2)/(4-0)=-1/2,所以方程是y=-1/2 x + 2,x∈[0,4]。”
劉若沚點點頭,補充道:“因為DE垂直于AB,所以DE的斜率應該是AB斜率的負倒數(shù),也就是2。”她的聲音很輕,卻像精準的指南針,一下子抓住了關鍵。
張舒白用鉛筆在AB線上點了個D,畫了條垂直于AB的直線DE,又在E點處拐了個直角,畫了DF⊥DE:“問題是D在動,E和F的坐標也跟著變,怎么表示M的坐標呢?”
陳宇在草稿紙上畫了個清晰的坐標系,在AB線段上標了D點,設D的坐標為(x?,y?)。“既然D在AB上,肯定滿足AB的方程,所以y?=-1/2 x?+ 2,其中0≤x?≤4。”他的筆尖在(x?,y?)下方畫了條波浪線,“這是第一個關鍵,用x?表示y?,減少變量。”
蘇瑤在筆記本上抄下這個關系式,咬著筆桿嘀咕:“那DE的方程呢?知道斜率是2,又過D點,應該是y - y?= 2(x - x?)吧?”
“對。”陳宇沖她點頭,眼里帶著鼓勵,“接下來求E點坐標,E是DE與x軸的交點,x軸上的點縱坐標都是0,所以把y=0代入DE的方程就行。”
他提筆演算:“0 - y?= 2(x_E - x?)→ x_E = x?- y?/2。因為y?=-1/2 x?+ 2,代入進去的話……”
張舒白搶過筆,在草稿紙上飛快計算:“x_E = x?-(-1/2 x?+ 2)/2 = x?+(x?/2 - 2)/2 = x?+ x?/4 - 1 = 5x?/4 - 1。所以E點坐標是(5x?/4 - 1, 0)?”
劉若沚拿出直尺,對照著坐標系比了比:“這個結果看起來合理,當x?=0時,D點與A重合,此時E點坐標應該是(5×0/4 -1, 0)=(-1,0),代入DE方程驗證一下:DE過(0,2),斜率2,方程是y=2x+2,與x軸交點確實是(-1,0),沒錯。”
蘇瑤看著他們一步步推導,心里稍微踏實了些,但提到DF時又皺起眉:“DF垂直于DE,DE的斜率是2,那DF的斜率應該是-1/2吧?”
“聰明。”陳宇笑著夸了句,蘇瑤的臉頰悄悄紅了,“DF過D點(x?,y?),斜率-1/2,所以方程是y - y?=-1/2(x - x?)。而F是DF與y軸的交點,y軸上的點橫坐標都是0,代入x=0……”
他在草稿紙上寫下:y_F - y?=-1/2(0 - x?)→ y_F = y?+ x?/2。再把y?=-1/2 x?+ 2代入,得到y(tǒng)_F =(-1/2 x?+ 2)+ x?/2 = 2。
“哎?y_F居然是2?”蘇瑤驚訝地睜大眼睛,“不管D怎么動,F(xiàn)點的縱坐標都是2?”
張舒白也愣了一下,隨即拍了下桌子:“還真是!那F點坐標就是(0,2)?不對啊,當D在A點時,DF垂直于DE,DE是從A(0,2)出發(fā)垂直AB的直線,也就是y=2x+2,那DF斜率-1/2,過(0,2),方程是y=-1/2 x + 2,與y軸交點確實是(0,2),和A點重合?”
劉若沚輕輕點頭:“對,這說明F點其實是定點(0,2)?但等一下,當D在B點時,D坐標是(4,0),DE的方程是y=2(x-4)=2x-8,與x軸交點E是(4,0),也就是D和E重合?這時候DF垂直于DE,DE斜率2,DF斜率-1/2,過(4,0),方程是y=-1/2(x-4),與y軸交點F是(0,2),確實還是這個點。”
陳宇把F點坐標標在圖上:“看來不管D怎么動,F(xiàn)都是(0,2),和A點重合?這倒是個隱藏的規(guī)律,能省不少事。”
蘇瑤盯著F點的坐標,突然覺得沒那么難了:“那EF的中點M,坐標就是E和F的坐標平均值吧?E是(5x?/4 -1, 0),F(xiàn)是(0,2),所以M的橫坐標x=(5x?/4 -1 + 0)/2=5x?/8 - 1/2,縱坐標y=(0 + 2)/2=1?”
她話音剛落,張舒白就笑了:“小蘇同學可以啊,這步算得挺快。不過縱坐標居然是1?也就是說M點的y坐標始終是1?”
劉若沚在坐標系上畫了條y=1的水平線:“看起來是這樣。那只要把x用x?表示,再消去x?就行。因為x=5x?/8 - 1/2,所以x?=(8x + 4)/5。而x?的取值范圍是0≤x?≤4,代入進去的話……”
陳宇接過話頭:“當x?=0時,x=5×0/8 -1/2=-1/2;當x?=4時,x=5×4/8 -1/2=5/2 -1/2=2。所以x的取值范圍是-1/2≤x≤2。”
他把這些關系整理成軌跡方程:“因為y始終等于1,x在[-1/2,2]之間,所以M的軌跡是一條線段,方程是y=1(-1/2≤x≤2)。”
蘇瑤看著最終的結論,還是有點發(fā)懵:“就這么簡單?一條水平線段?”
張舒白拿過草稿紙,從頭到尾檢查了一遍:“步驟沒問題,邏輯也通順。尤其是發(fā)現(xiàn)F是定點這步,簡直是點睛之筆,不然得繞好多彎路。”他沖陳宇豎了個大拇指,“宇哥,你這思路夠絕的,我昨晚盯著DF的方向琢磨了半天,愣是沒發(fā)現(xiàn)F點不動。”
陳宇撓了撓頭,有點不好意思:“其實也是一步步試出來的,先設參數(shù),再找關系,最后消參,都是課本里的方法。”
蘇瑤還是皺著眉,手指點著E點的坐標推導過程:“為什么x_E算出來是5x?/4 -1啊?我剛才自己算的時候,得到的結果不一樣。”
陳宇把她的草稿紙拉過來,看到她在代入y?時符號弄錯了:“你看這里,y?是-1/2 x?+ 2,所以-y?/2應該是-(-1/2 x?+ 2)/2=(x?/2 - 2)/2,而不是直接寫成-x?/4 -1,符號錯了就全錯了。”
他拿起紅筆,在錯誤的地方畫了個圈,又重新演算了一遍:“代數(shù)運算最忌諱符號出錯,尤其是帶負號的項,最好像這樣分步寫,不容易亂。”
蘇瑤看著紅筆標注的地方,臉頰發(fā)燙:“難怪我算出來的E點坐標總覺得奇怪,原來是這里弄錯了。”
張舒白湊過來看了一眼,打趣道:“小蘇同學,你這不是不會思路,是粗心啊。以后考試要是因為符號丟分,可別哭鼻子。”
蘇瑤瞪了他一眼:“要你管!我以后仔細點就是了。”她嘴上不服氣,卻還是把陳宇的演算步驟工工整整抄在筆記本上,旁邊畫了個小小的感嘆號提醒自己注意符號。
“對了,”劉若沚突然開口,指著題目里的“DF⊥DE”,“其實這里還可以用向量來解,可能更直觀。向量DE和向量DF垂直,它們的點積為零,不過最后得到的結果應該是一樣的。”
她拿起筆,在草稿紙另一側寫下向量表達式:“向量DE=(x_E - x?,-y?),向量DF=(-x?, 2 - y?),因為垂直,所以(x_E - x?)(-x?)+(-y?)(2 - y?)=0。結合DE的斜率是2,也就是(-y?)/(x_E - x?)=2→ x_E - x?=-y?/2,代入上式的話……”
陳宇看著她的推導,點了點頭:“確實能得到同樣的結果,向量法更適合空間幾何,但平面幾何里用參數(shù)法可能更簡單些。”
張舒白把筆帽扣上,往后靠在椅背上:“不管用什么方法,解出來就行。不過這道題藏得夠深的,居然把定點F藏在A點,不仔細算根本發(fā)現(xiàn)不了。”
蘇瑤把筆記本合上,長舒了一口氣:“雖然中間卡了好幾次,但聽你們一講,好像也沒那么難。”她看著陳宇,眼里帶著點感激,“剛才謝謝你啊,不然我還在糾結符號呢。”
陳宇笑了笑:“沒事,多練幾道題就好了。其實這類軌跡問題,關鍵是找到參數(shù),把動點坐標用參數(shù)表示出來,再消去參數(shù),就像剝洋蔥,一層一層來,總能剝到芯。”
陽光慢慢移到桌中央,照在四人攤開的習題冊上。張舒白拿出手機看了眼時間:“快上課了,下午還有滅絕師太的課,得回去瞇一會兒。”
劉若沚把草稿紙整理好,疊成整齊的方塊:“這道題的思路很典型,我回去整理一下,發(fā)在群里吧。”
蘇瑤把筆記本放進書包,突然想起什么,問陳宇:“下午的課要講圓錐曲線,我昨天預習的時候沒看懂離心率的公式,你能……”
“沒問題。”陳宇沒等她說完就點頭,“課間找我就行。”
張舒白拍了拍蘇瑤的肩膀:“小蘇同學,加油啊,別到時候比賽時就你拖后腿。”
“你才拖后腿呢!”蘇瑤推了他一把,“我肯定比你強。”
兩人又拌了幾句嘴,劉若沚和陳宇相視一笑,拿起書包跟在后面。圖書館的門在身后輕輕合上,把油墨香和解題的專注留在了安靜的午后。走廊里,張舒白還在跟蘇瑤爭論誰的解題速度更快,劉若沚偶爾插一兩句,陳宇走在最后,聽著前面的歡聲笑語,嘴角不自覺地彎了起來。
他低頭看了眼手里的習題冊,剛才那道題的解法還清晰地留在紙上,突然覺得,這場原本只是為了比賽的刷題,好像因為身邊這三個人,變得有意思多了。