PP为椭圆x216+y24=1 \dfrac {x^{2}}{16}+ \dfrac {y^{2}}{4}=1上一点,Q(2,0)Q(2,0),则线段PQPQ长度的最小值为 ___ .

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完整解法

1. 用点 $P$ 的横坐标 $x$ 表示其纵坐标的平方

设椭圆上一点为 P(x,y)P(x, y),其横坐标的取值范围为 x∈[−4,4]x \in [-4, 4]。
由椭圆方程 x216+y24=1\dfrac{x^2}{16} + \dfrac{y^2}{4} = 1 可得:
y2=4(1−x216)=4−14x2y^2 = 4 \left(1 - \frac{x^2}{16}\right) = 4 - \frac{1}{4}x^2

2. 写出线段 $PQ$ 长度平方的函数关系式

由于 Q(2,0)Q(2, 0),根据两点间距离公式,线段 PQPQ 长度的平方为:
∣PQ∣2=(x−2)2+y2|PQ|^2 = (x - 2)^2 + y^2
将 y2=4−14x2y^2 = 4 - \dfrac{1}{4}x^2 代入上式得:
∣PQ∣2=(x−2)2+4−14x2=x2−4x+4+4−14x2=34x2−4x+8|PQ|^2 = (x - 2)^2 + 4 - \frac{1}{4}x^2 = x^2 - 4x + 4 + 4 - \frac{1}{4}x^2 = \frac{3}{4}x^2 - 4x + 8

3. 利用二次函数求其最小值及对应的自变量取值

令 f(x)=34x2−4x+8f(x) = \dfrac{3}{4}x^2 - 4x + 8,其对称轴为 x=−−42×34=83x = -\dfrac{-4}{2 \times \frac{3}{4}} = \dfrac{8}{3}。
因为 83∈[−4,4]\dfrac{8}{3} \in [-4, 4],所以当 x=83x = \dfrac{8}{3} 时,二次函数 f(x)f(x) 取得最小值:
f(83)=34×(83)2−4×83+8=163−323+8=83f\left(\frac{8}{3}\right) = \frac{3}{4} \times \left(\frac{8}{3}\right)^2 - 4 \times \frac{8}{3} + 8 = \frac{16}{3} - \frac{32}{3} + 8 = \frac{8}{3}

4. 求出线段 $PQ$ 长度的最小值

因此,线段 PQPQ 长度的最小值为:
∣PQ∣min⁡=83=263|PQ|_{\min} = \sqrt{\frac{8}{3}} = \frac{2\sqrt{6}}{3}

答案

263\frac{2\sqrt{6}}{3}

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