已知抛物线 $y = -x^2 + bx + c$ 经过 $A(-1, -2)$,$B(0, 1)$。
把抛物线想象成一个黑箱子:吃进一个数 $x$,经过内部运算 $-x^2 + bx + c$,吐出一个数 $y$。
已知它吃两个数吐两个结果,就像做实验一样:"喂 0 → 吐出 1"、"喂 -1 → 吐出 -2":
所以这台机器的内部是 $y = -x^2 + 2x + 1$。
找最高点不背"顶点公式"——自己配方:
$(x-1)^2$ 最小是 $0$(当 $x=1$ 时),所以最高点 $P(1, 2)$。
向左平移 m 个单位 = 原来在位置 $x$ 出现的图案,现在移到位置 $x-m$。
所以新机器在输入 $x$ 时的输出,等于原机器在输入 $x+m$ 时的输出:
这就是"左加右减"口诀背后的真实含义——不需要背,从平移的操作定义推出来。
$B'$ 是 $B(0,1)$ 关于 $x$ 轴的对称点:$B'(0, -1)$。新抛物线经过 $B'$:
新顶点:$P' = (1-m, 2) = (-\sqrt{3}, 2)$。
第一步:先把已知数据列出来
我们有三个点的坐标:$B(0,1)$、$B'(0,-1)$、$P'(-\sqrt{3}, 2)$。想知道 $\angle P'BB'$。
第二步:看坐标能告诉我们什么?
关键的一步不是"画辅助线",而是问自己:"从 $B$ 到 $P'$,我走了多远?"
第三步:数格子——计算从 $B$ 到 $P'$ 的水平和竖直距离
第四步:现在"辅助线"自己跳出来了
我有了一个水平距离和一个竖直距离。它们天然就形成了一个直角。我不需要"画辅助线"——我只需要把这两个距离画出来:
第五步:数格子 — 看三角形边长
在 $\triangle BQP'$ 中:
第六步:熟悉的数字出现了!
"边长是 1、$\sqrt{3}$、2"——这几个数字是不是很眼熟?
30-60-90°特殊直角三角形的三边比例就是 $1 : \sqrt{3} : 2$!
对边=1,邻边=$\sqrt{3}$ → $\tan = \frac{1}{\sqrt{3}}$ → 这是 $30^\circ$ 角。 (或者说,对边=$\sqrt{3}$,邻边=1 → $\tan = \sqrt{3}$ → 这是 $60^\circ$ 角,看从哪个角看。)
第七步:回到我们要问的问题
$\angle QBP' = 60^\circ$(刚才算出来的)。$BB'$ 从 $B$ 指向下,$BQ$ 从 $B$ 指向上——方向相反,所以它们之间的夹角是 $180^\circ$。
把"从一点到另一点的方向和距离"称为向量——本质和"坐标差"是一回事,只是说法更紧凑。
点积(对应坐标相乘后相加)就是"方向相似度"的度量:
第一步:先看旋转
$P'B'$ 绕 $B'$ 顺时针旋转 $120^\circ$ 到 $M$。先看 $B'P'$ 的方向:
这里不需要"旋转公式"——就做一件事:原来 $B'P'$ 指左上方,顺时针转 $120^\circ$ 后,方向变成了正右方(因为 $60^\circ + 120^\circ = 180^\circ$,从指左上方60°变成指右方0°)。
所以 $M = B' + (2\sqrt{3}, 0) = (2\sqrt{3}, -1)$。
第二步:先别急着套面积公式——先看已知点有什么特点
三个点:$B'(0,-1)$、$M(2\sqrt{3}, -1)$、$N$(未知,但在原抛物线上)。
第三步:回到面积的含义——底×高÷2,不是背诵公式
面积 = 底乘高除以2——这个不是"公式",是这个概念的定义。
现在 $B'$ 和 $M$ 在同一水平线上,那么:
这里的关键是:因为底边是水平的,所以高就是竖直的——不需要任何额外计算!
第四步:代入已知条件解方程
$y_N = -x^2+2x+1$,开口向下,最大值 $2$。$y_N+1$ 最大 $3$,取不到 $+6$,所以只能取负:
顺时针旋转 $120^\circ$ 可以用旋转矩阵表达——这是"旋转"这个概念的缩写:
面积部分与初中版相同。