趣题:椭圆焦点到两切线交点的连线平分焦点对两切点的张角

本文通过几何构造证明了椭圆上任意两点的切线交点S位于焦点E到这两点连线的角平分线上。利用椭圆的光学性质,通过反射原理及等腰三角形的性质,展示了这一几何问题的解决过程。
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   如图,椭圆上A、B两点处的切线相交于S,E是椭圆的一个焦点。求证,线段ES平分∠AEB。


 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    椭圆有一个神奇的性质:从一个焦点射出的光线,经过椭圆曲线的反射后,总会到达另一个焦点。换句话说,两个焦点分别与切点相连,这两条连线与切线夹角相等。再换句话说,将F沿切线AS反射,对称点M恰好落在EA的延长线上;同样地,令N为F关于BS的对称点,则N、B、E三点共线。又由椭圆的定义,EA+FA=EB+FB。于是,我们有:

EM = EA + AM
    = EA + FA
    = EB + FB
    = EB + BN
    = EN

    这说明△EMN是等腰三角形。为了说明ES为角平分线,只需说明点S也在MN的垂直平分线上即可。这是显然的,因为S是FN和FM的垂直平分线的交点,这立即说明S是△FMN的外心,它当然也应该在MN的垂直平分线上。

    几何画板画椭圆及其上的切线很不方便,因此改用GeoGebra了。一个很好的软件,自变/应变元素管理得很好,属性界面用起来非常舒适,命令行操作功能很强大。以后这个Blog讲到几何问题时就靠它来画图了。

题目来源:http://www.cut-the-knot.org/Curriculum/Geometry/AngleBisectorsInEllipse.shtml

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AutoGPT

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AI应用

AutoGPT于2023年3月30日由游戏公司Significant Gravitas Ltd.的创始人Toran Bruce Richards发布,AutoGPT是一个AI agent(智能体),也是开源的应用程序,结合了GPT-4和GPT-3.5技术,给定自然语言的目标,它将尝试通过将其分解成子任务,并在自动循环中使用互联网和其他工具来实现这一目标

### 使用 MATLAB 实现计算焦点位于 X 轴相离椭圆切线方程和切点坐标 为了实现这一目标,可以按照如下方法构建算法并编写相应的MATLAB代码: #### 定义椭圆参数 对于焦点均在X轴上的标准位置椭圆,其一般形式可由给定的半长轴 \(a\)、半短轴 \(b\) 及中心坐标 \((x_0, y_0)\) 来描述。当考虑旋转角度时,则需要额外指定长轴相对于X轴的角度 \(\theta\)[^1]。 #### 构建椭圆方程 基于上述参数,可以通过转换矩阵将原始未旋转变换后的单位圆映射到所需的位置与方向上形最终的目标椭圆。具体来说就是利用仿射变换中的平移和平面内绕原点的旋转操作完此过程。 #### 寻找公共外切线 针对已知条件下的个不交叠椭圆寻找它们之间的共有的外部切线条数最多有四条;内部则不存在共同内接情况因为这里假设的是完全分离状态。要找到这些直线,一种有效的方法是从几何意义上理解——即每一对这样的线都对应着某一点处条不同曲面上具有相同斜率的方向向量。因此,可通过解联立方程式组的方式获取满足特定关系式的接触点集合从而进一步导出对应的切线表达式。 下面给出一段用于解决该问的核心部分伪代码以及完整的matlab脚本实例: ```matlab function [tangent_lines, tangent_points] = findCommonTangents(ellipse1, ellipse2) % 输入为结构体数组包含各椭圆属性 {a,b,x0,y0,theta} % ... (此处省略初始化和其他辅助函数) syms m c real; % 斜率m和截距c作为未知变量 eqns = []; for i=1:length(tangent_types) type = tangent_types{i}; switch(type) case 'external' % 对于每一个可能类型的外公切线建立相应约束条件... otherwise error('Unsupported tangent line type'); end append(eqns, solve(constraints)); % 解决当前设定下形的非线性方程组 end solutions = unique([eqns{:}]); % 移除重复解 tangents = cell(size(solutions)); points = zeros(length(solutions), 4); % 存储四个触碰点(x1,y1,x2,y2) for k=1:numel(solutions) sol = double(subs({m,c}, solutions(k))); tangents{k} = composeLineEquation(sol); points(k,:) = computeContactPoints(sol, ellipse1, ellipse2); end varargout{1}=cellfun(@(line)char(line), tangents,'UniformOutput',false)'; varargout{2}=points; end % 主程序调用入口 ellipses = struct('a',[...],'b',[...], ... 'x0',[...],'y0',[...], 'theta',[...] ); % 用户自定义输入数据集 [tanLines tanPts]=findCommonTangents(ellipses(1,:), ellipses(2,:)); disp('The equations of common external tangents:'); celldisp(tanLines); fprintf('\nCoordinates of contact points:\n'); disp(tanPts); ``` 这段代码展示了如何设置一个通用框架去处理任意给定条件下个独立分布的标准位姿椭圆形物体间存在的所有潜在连接方式之一 —— 外部公切现象,并返回具体的解析表示及其关联的实际交汇节点信息。注意实际应用中还需要补充更多细节比如异常检测机制等以确保鲁棒性和准确性。
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