高考试题


\begin{Example}
(2010年广东)设A(x1,y1),B(x2,y2)是平面直角坐标系xOy上的两点,现定义由点A到点B的一种折线距离ρ(A,B)ρ(A,B)=|x2x1|+|y2y1|.对于平面xOy上给定的不同的两点A(x1,y1),B(x2,y2).
\begin{enumerate}
\item[(I)] 若点C(x,y)是平面xOy上的点,试证明: ρ(A,C)+ρ(C,B)ρ(A,B);

\item[(II)] 在平面xOy上是否存在点C(x,y)同时满足

\ding{172} ρ(A,C)+ρ(C,B)ρ(A,B); \qquad \ding{173} ρ(A,C)=ρ(C,B).

若存在,请求出所有符合条件的点;若不存在,请予以证明.
\end{enumerate}
\end{Example}
\begin{proof}
(I)证明:因为ρ(A,C)=|xx1|+|yy1|, ρ(C,B)=|x2x|+|y2y|, ρ(A,B)=|x2x1|+|y2y1|,所以
ρ(A,C)+ρ(C,B)=|xx1|+|yy1|+|x2x|+|y2y|=(|xx1|+|x2x|)+(|yy1|+|y2y|)|(xx1)+(x2x)|+|(yy1)+(y2y)|=|x2x1|+|y2y1|=ρ(A,B).
(II)解:注意到点A(x1,y1)与点B(x2,y2)不同,下面分三种情形讨论.

(i)若x1=x2,则y1y2,由条件\ding{173}得
|xx1|+|yy1|=|x2x|+|y2y|,
|yy1|=|y2y|,所以y=y1+y22.

由条件\ding{172}得
|xx1|+|yy1|+|x2x|+|y2y|=|x2x1|+|y2y1|.
所以
2|xx1|+12|y2y1|+12|y2y1|=|y2y1|,
所以|xx1|=0,所以x=x1.

因此,所求的点C(x1,y1+y22).

(ii)若y1=y2,则x1x2,类似于(i),可得符合条件的点C(x1+x22,y1).

(iii)当x1x2y1y2时,不妨设x1<x2.

(1)若y1<y2,则由(I)中的证明知,要使条件\ding{172}成立,当且仅当(xx1)(x2x)0(yy1)(y2y)0同时成立,故x1xx2y1yy2.

从而由条件\ding{173},得x+y=12(x1+x2+y1+y2).

此时所求点C的全体为
M={(x,y)|x+y=12(x1+x2+y1+y2),x1xx2y1yy2}.


(2)若y1>y2,类似地由条件\ding{172}可得x1xx2y2yy1.

从而由条件\ding{173}得xy=12(x1+x2y1y2).

此时所求点的全体为
N={(x,y)|xy=12(x1+x2y1y2),x1xx2y2yy1}.
\end{proof}

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