1. 引入参数并利用重心性质列出代数等式
设椭圆 C1 上三点 P,Q,R 的参数坐标分别为:
P(3cosθ1,5sinθ1),Q(3cosθ2,5sinθ2),R(3cosθ3,5sinθ3),其中 θ1,θ2,θ3∈[0,2π)。
因为坐标原点 O 是 △PQR 的重心,
根据重心坐标公式得:
{3cosθ1+3cosθ2+3cosθ3=05sinθ1+5sinθ2+5sinθ3=0,
即 {cosθ1+cosθ2+cosθ3=0sinθ1+sinθ2+sinθ3=0。
2. 求两个顶点参数角差值的正弦值
由等式移项得:
cosθ1+cosθ2=−cosθ3
sinθ1+sinθ2=−sinθ3
两式两边分别平方相加:
(cosθ1+cosθ2)2+(sinθ1+sinθ2)2=cos2θ3+sin2θ3
整理得:
2+2(cosθ1cosθ2+sinθ1sinθ2)=1⟹2+2cos(θ1−θ2)=1⟹cos(θ1−θ2)=−21。
同理可得 cos(θ2−θ3)=−21,cos(θ3−θ1)=−21。
由此可知三点对应的参数角之间两两之差满足 ∣θ1−θ2∣=32π(或 34π)。
故 ∣sin(θ1−θ2)∣=23。
3. 利用面积分解法和坐标公式证明面积为定值
因为 O 是 △PQR 的重心,
所以 S△PQR=3S△OPQ。
而 S△OPQ=21∣xPyQ−xQyP∣=21∣3cosθ1⋅5sinθ2−3cosθ2⋅5sinθ1∣
=235∣sin(θ2−θ1)∣。
代入 ∣sin(θ2−θ1)∣=23,得:
S△OPQ=235×23=4315。
因此 S△PQR=3×4315=4915。
这是一个常数,即为定值。
答案当 O 是 △PQR 重心时,△PQR 的面积是定值 4915