83.新概念背景下的距离问题与应用
一.基本原理
★1.欧几里得距离:也称为欧氏距离,是最常见的距离度量方式.在二维平面中,两点
之间的欧几里得距离
.
1
1
2
2
,
,
,
A x y
B x
y
2
2
2
1
2
1
( , )
d A B
x
x
y
y
在
维空间中,两点
和
之间的欧几里得距离为
n
1
2
,
,
,
n
X
x x
x
1
2
,
,
,
n
Y
y y
y
.
2
1
(
, )
n
i
i
i
d X Y
y
x
★2.曼哈顿距离:在二维平面上,两点
之间的曼哈顿距离
1
1
2
2
,
,
,
A x y
B x
y
.在
维
空
间
中
,
两
点
和
2
1
2
1
( , )
d A B
x
x
y
y
n
1
2
,
,
,
n
X
x x
x
之间的曼哈顿距离为
,它表示在网格状的空间
1
2
,
,
,
n
Y
y y
y
1
(
, )
n
i
i
i
d X Y
y
x
中,从一点到另一点的最短路径长度,不允许斜向移动.
★3.切比雪夫距离:二维平面上,两点
之间的切比雪夫距离
1
1
2
2
,
,
,
A x y
B x
y
.在
维空间中,两点
和
2
1
2
1
( , )
max
,
d A B
x
x
y
y
n
1
2
,
,
,
n
X
x x
x
之间的切比雪夫距离为
.
1
2
,
,
,
n
Y
y y
y
1
(
, )
max
i n
i
i
d X Y
y
x
★4. 闵可夫斯基距离:它是欧几里得距离,曼哈顿距离等的一般化形式.
对于
维空间中的两点
和
,闵可夫斯基距离定义为
n
1
2
,
,
,
n
X
x x
x
1
2
,
,
,
n
Y
y y
y
,其中
.当
时,就是曼哈顿距离;当
时,就是
1
1
(
, )
n
p
p
i
i
i
d X Y
y
x
1
p
1
p
2
p
欧几里得距离;当
时,就是切比雪夫距离.
p
★5.豪斯多夫距离
设
和
是度量空间
中的两个非空子集,豪斯多夫距离
定义为:
A
B
(
, )
X d
( , )
H
d
A B
( , )
max supinf
( , ),supinf
( , )
H
b B
a A
a A
b B
d
A B
d a b
d a b
通俗地说,豪斯多夫距离是从集合
中的点到集合
中的点的距离的上确界与从集合
中
A
B
B
的点到集合
中的点的距离的上确界两者中的较大值.
A
★6.其他泛函距离
对平面直角坐标系中两个点
和
,记
1
1
1
,
P x y
2
2
2
,
P x
y
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
max
,
1
1
t
x
x
y
y
PP
x
x
y
y
,称
为点
与点
之间的“
距离”,其中
表示
中较大者.
1
2 t
PP
1P
2P
t
max
,p q
,p q
二.典例分析
例1.已知实数
满足
,则
的最小值为_______.
,x y
2
2
4
x
y
2
2
2
2
2
1
1
x
y
x
y
解析:因为
,所以
2
2
4
x
y
2
2
2
2
2
2
2
2
2 (
1)
4(
1)
4
8
3
3
4
x
y
x
y
x
y
x
x
y
,则
2
2
2
2
8
16
(
4)
x
y
x
x
y
,相当于圆
上的任一
2
2
2
2
2
2
2
2
2
1
1
4
1
x
y
x
y
x
y
x
y
2
2
4
x
y
点
到点
与
的距离之和,如图,
,
P x y
4,0
A
0,1
B
因为
,当
在线段
与圆的交点
处时,
即为所求,所以所求最小
PA
PB
AB
P
AB
0P
AB
值为
.故答案为:
.
2
2
4
1
17
AB
17
例2.已知实数
,且函数
,则函数
0,
a
b
R
2
2
2
2
( , )
(
2 )
4 ln
2
f a b
a
b
a
b
b
( , )
f a b
的最小值为___________.
解析:由题意得
,设
,
,
2
2
2
2
( , )
(
2 )
(2ln
2
)
2
f a b
a
b
a
b
b
( ,2ln )
A a
a
2
(2 ,2
)
B
b
b
则点
在曲线
上,点
在抛物线
上,
的几何意义为
,
两点间距
A
2ln
y
x
B
2
2
x
y
( , )
f a b
A
B
离
与点
到
轴的距离
之和.设抛物线
的焦点为
,则由抛物线的定
|
|
AB
B
x
d
2
2
x
y
1
(0, )
2
F
义知
,所以
,所以
,
1
|
|
2
BF
d
1
|
|
2
d
BF
1
1
( , )
2
2
f a b
AB
d
AB
BF
AF
问题转化为求曲线
上的点到点
的距离的最小值,设曲线
上的点
,
2ln
y
x
F
2ln
y
x
0
0
(
A x
到点
的距离最小,则
与曲线在点
处的切线垂直,
0
2ln
)
x
1
(0, )
2
F
0
A F
0A
即
,所以
,作出函数
与函数
的图象,如
0
0
0
1
2ln
2
2
1
0
x
x
x
2
0
0
1
1
ln
4
4
x
x
ln
y
x
2
1
1
4
4
y
x
图所示:
由图象知,两函数图象只有一个交点
,所以方程
的解为
,则
(1,0)
2
0
0
1
1
ln
4
4
x
x
0
1
x
.
0(1,0)
A
所以
,所以函数
的最小值为
.
2
2
0
1
5
(1 0)
(0
)
2
2
AF
A F
( , )
f a b
5
1
2
故答案为:
.
5
1
2
例3.闵氏距离(
)是衡量数值点之间距离的一种非常常见的方法,设
Minkowski distance
点
、
坐标分别为
,
,则闵氏距离
A
B
1
1
,
x
y
2
2
,
x
y
.若点
、
分别在
和
的图像上,
1
1
2
1
2
,
N*
p
p
p
p
D
A B
x
x
y
y
p
A
B
ex
y
1
y
x
则
的最小值为( )
,
p
D
A B
A.
B.
C.
D.
12
p
2 p
1 p
e
p
e
解析:由题意得,设
,因为点A、B 分别在函数
和
的图
1
1
2
2
( ,e ), (
,
1)
x
A x
B x x
ex
y
1
y
x
象上,所以
,
1
1
1
1
1
1
1
2
2
1
2
2
1
( , )
(
e
1 )
(
)
(e
1)
(
e
1)
p
p
p
p
p
x
x
x
p
D
A B
x
x
x
x
x
x
x
当且仅当
时等号成立.设
,
,则
1
1
2
2
(
)(e
1)
0
x
x
x
x
( )
e
1
x
g x
x
( )
e
1
x
h x
x
,令
,
,所以函数
在
上单调递
( )
1 ex
h x
( )
0
0
h x
x
( )
0
0
h x
x
( )
h x
(
,0)
增,在
上单调递减,所以
,即
,所以
(0,
)
max
( )
(0)
2
h x
h
( )
2
h x
,
( )
( )
( )
2
g x
h x
h x
即
,所以
的最小值为
.故选:A.
1
( , )
2 p
p
D
A B
( , )
p
D
A B
1
2 p
例4.在平面直角坐标系中,定义
为两点
,
1
2
1
2
,
max
,
d A B
x
x
y
y
1
1
,
A x y
的“切比雪夫距离”,又设点
及直线上任意一点
,称
的最小值为点
2
2
,
B x
y
P
l
Q
,
d P Q
P
到直线的“切比雪夫距离”,记作
,则下列命题中正确的是( )
l
,
d P l
A.
,
,则
1
2, 6
M
4 , 1
3
N
7
,
6
d M N
B.
为坐标原点,动点
满足
,则
的轨迹为圆
O
R
,
1
d O R
R
C.对任意三点
、
、
,都有
A
B
C
,
,
,
d C A
d C B
d A B
D.已知点
和直线:
,则
1,3
P
l
2
1
0
x
y
4
,
3
d P l
解析:对于选项A:若
,
,则
,
1
2, 6
M
4 , 1
3
N
4
2 1
7
2
,
1
3
3 6
6
因为
,所以
,故A 正确;
2
7
3
6
7
,
6
d M N
对于选项B:设
,若
,则
,且等号至少有一个成立,
,
R x y
,
1
d O R
1
1
x
y
可得
的轨迹如图所示,为正方形,故B 错误;
R
对于选项C:设
,则
1
1
2
2
3
3
( ,
), (
,
),
(
,
)
A x y
B x
y
C x
y
1
3
1
3
3
2
3
2
( ,
)
( ,
)
max
,
max
,
d A C
d C B
x
x
y
y
x
x
y
y
1
3
3
2
1
2
x
x
x
x
x
x
,
同理可得
,所以
1
2
( ,
)
( , )
d A C
d C B
y
y
,故C 正确;凌晨讲数学
1
2
1
2
( ,
)
( ,
)
max
,
( ,
)
d A C
d C B
x
x
y
y
d A B
对于选项D:设
为直线
上一点,则
,
( ,2
1)
Q x
x
: 2
1
0
l
x
y
( ,
)
max
3 , 2
2
d P Q
x
x
当
,即
时,则
,可知当
时,取得最小值
;
3
2
2
x
x
5
1
3
x
( ,
)
3
d P Q
x
5
3
x
4
3
当
,即
或
,则
,无最小值;综上可得:
3
2
2
x
x
5
3
x
1
x
4
( ,
)
2
2
3
d P Q
x
,故D 正确;故选:ACD.
4
( , )
3
d P l
例5.(江苏省苏北七市州2025 届高三一模).在平面直角坐标系
中,设
,
xOy
1
1
,
A x y
,定义:
.若
,且
,则下列结论正确的
2
2
,
B x
y
1
1
2
1
2
n
n
n
n
AB
x
x
y
y
*
,
N
s t
s
t
是( )
A.若
关于x 轴对称,则
,
A B
s
t
AB
AB
B.若
关于直线
对称,则
,
A B
y
x
s
t
AB
AB
C.若
,则
2
s
s
OA
OB
2
t
t
OA
OB
D.若
,
,则
1
s
P
M
AM
1
t
Q
M
AM
P
Q
解析:对于A,因为
关于x 轴对称,且
,
, 所以
,而
,
A B
1
1
,
A x y
2
2
,
B x
y
1
1
,
B x
y
,得到
1
1
2
1
2
n
n
n
n
AB
x
x
y
y
,同理
1
1
1
1
2
1
2
1
1
1
1
(
)
( 2
)
2
s
s
s
s
s
s
s
s
AB
x
x
y
y
y
y
y
y
,即此时满足
,故A
1
1
1
1
2
1
2
1
1
1
1
(
)
( 2
)
2
t
t
t
t
t
t
t
t
AB
x
x
y
y
y
y
y
y
s
t
AB
AB
正确,
对于B,因为
关于直线
对称,且
,
,所以
,则
,
A B
y
x
1
1
,
A x y
2
2
,
B x
y
1
1
,
B y x
,
1
1
1
1
2
1
2
1
2
1
2
2
2
s
s
s
s
s
s
s
AB
x
x
y
y
x
x
x
x
,构造
,由指数函数性质得
1
1
1
1
2
1
2
1
2
1
2
2
2
t
t
t
t
t
t
t
AB
x
x
y
y
x
x
x
x
( )
2x
f x
在
上单调递增,
,因为
,且
,所以
,得到
( )
f x
R
s
t
AB
AB
*
,
N
s t
s
t
1
1
s
t
1
1
( )
( )
f
f
s
t
,
则
,得到
,即
,则
,故B 正确,
1
1
2
2
s
t
1
1
1
2
1
2
2
2
s
t
x
x
x
x
s
t
AB
AB
s
t
AB
AB
对于C,由题意得
,
,因为
,所以
1
1
1
s
s
s
s
OA
x
y
1
2
2
s
s
s
s
OB
x
y
2
s
s
OA
OB
,得到
,令
1
1
1
1
2
2
2
s
s
s
s
s
s
x
y
x
y
1
1
2
2
2
2
2
2
2
s
s
s
s
s
s
s
x
y
x
y
x
y
,符合题意,此时
,
1
2
1
1
2
s
x
x
y
y
1
1
1
1
1
2
2
2
2
2 2
t
t
t
t
t
t
t
t
OA
而
,则
,由已知得
,则
,故C 错
1
1
1
2
2
t
t
s
s
t
OB
1
1
1
2
2
2 2
s
s
t
OB
1
1
2
2
s
t
2
t
t
OB
OA
误,
对于D,设
,
,则
,则
( , )
M x y
P
0
0
(
,
)
A x
y
1
0
0
1
s
s
s
s
AM
x
x
y
y
,同理可得
,得到
,
0
0
1
s
s
x
x
y
y
1
0
0
||
||
1
t
t
t
t
AM
x
x
y
y
0
0
1
t
t
x
x
y
y
而
,
0
0
,
0,1
s
s
x
x
y
y
得到
,则
,即此时满足题意,则
0
0
0
0
1
s
s
t
t
x
x
y
y
x
x
y
y
( , )
M x y
P
,得到
,故D 正确.凌晨讲数学
( , )
Q x y
P
P
Q
故选:ABD
例6.在平面直角坐标系中,若定义两点
和
之间的“ 距离”为
1
1
1
,
A x y
2
2
2
,
A
x
y
t
,其中
表示
中的较大者,则点
与
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
max
,
1
1
t
x
x
y
y
A A
x
x
y
y
max{ , }
p q
,p q
1(0,0)
A
点
之间的“ 距离”为_________.若平面内点
和点
之间的“ 距离”为
,
2(2,3)
A
t
( , )
A x y
0(1,1)
A
t
1
2
则
点的轨迹围成的封闭图形的面积为___________.
A
解析:点
与点
之间的“t 距离”为
1 0,0
A
2 2,3
A
;若平面内点
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
2
3
2 3
3
max
,
max
,
max
,
1
1
1
2 1 3
3 4
4
t
x
x
y
y
A A
x
x
y
y
和点
之间的“t 距离”为
,则
,
,
A x y
0 1,1
A
1
2
0
1
1
1
max
,
1
1 1
1
2
t
x
y
AA
x
y
不妨设
,解得
或
,此时
,即
,
0
1
1
1
1
2
t
x
AA
x
0
x
2
x
1
1
1
1
2
y
y
0
2
y
由对称性可知,当
或
时,
,如图所示:
0
y
2
y
0
2
x
,所以A 点的轨迹就是正方形
的四条线段,则A
0,0 ,
2,0 ,
2,2 ,
0,2
O
B
C
D
OBCD
点的轨迹围成的封闭图形的面积为
.故答案为:
;4.
2 2
4
3
4
例7.在平面直角坐标系
中,过椭圆
外一动点
作
的两条切线
,且
xOy
2
2
:
1
2
x
E
y
P
E
1
2
,l l
.
1
2
l
l
(1)求动点
的轨迹
的方程;
P
C
(2)对于给定非空点集
,若
中的每个点在
中都存在一个与它之间距离最小的
,
M N
M
N
点,且所有最小距离的最大值存在,则记此最大值为
.已知直线与曲线
相交于
,
d M N
l
C
两点,若
分别是线段
和曲线
上所有点构成的集合,
为曲线
上一点,当
,
A B
,
M N
AB
C
Q
C
的面积最大时,求
.
QAB
A
,
d M N
参考公式,四元均值不等式
,当且仪当
1
2
3
4
4
1
2
3
4
1
2
3
4
,
,
,
0,
4
a
a
a
a
a a a a
a a a a
时取到等号.
1
2
3
4
a
a
a
a
解析:(1)当
的斜率不存在或者为0 时,由题意可知点
的坐标为
或
1
2
,l l
P
2, 1
;
2, 1
当切线的斜率存在且不为0 时,设过
作椭圆的切线的斜率为
,则切线
1
1
1
,
2
P x y
x
k
的方程为
,将其与椭圆方程联立,并化简得
1
1
0
y
y
k x
x
k
由题意得凌晨讲数学,
2
2
2
2
2
1
1
1
1
1
1
2
1
4
2
4
2
2
0
k
x
k kx
y
x
k x
kx y
y
,设
的斜率分别为
,则
是上式的两个根,且
2
2
2
1
1
1
1
Δ
2
2
1
0
x
k
x y k
y
1
2
,l l
1
2
,
k k
1
2
,
k k
,所以
,则
,又
,则
,即
1
2
k
k
1
2
x
2
1
1
2
2
1
1
2
y
k k
x
1
2
1
k k
2
1
2
1
1
1
2
y
x
,
2
2
1
1
1
3
2
x
y
x
注意到
,
均满足方程,则动点
的轨迹
的方程为
;
2, 1
2, 1
P
C
2
2
3
x
y
(2)过圆心
作直线
的垂线,垂足为
,设
,则
,
O
AB
E
,
0, 3
OE
d d
2
2 3
AB
d
由题意
,
2
3
1
1
3
3
2 3
(
3)
3
2
2
QAB
S
d
AB
d
d
d
d
A
又
,
4
3
1
1 6 3
243
(
3)
3
3
3
3
3 3
3
3
3
4
16
d
d
d
d
d
d
当且仅当
,即
时,等号成立,此时
,对于线段
3
3 3
3
d
d
3
2
d
max
9 3
4
QAB
S
A
上的任何一个点
,曲线
上与
距离最近的点为射线
与圆的交点,距离的最小值
AB
T
C
T
OT
为
,又因为
,所以
,由题意得,
3
OT
OT
d
3
3
3
2
OT
d
.
3
,
3
2
d M N
d
三.习题演练
1.闵可夫斯基距离,是两组数据间距离的定义.设两组数据分别为
和
1
2
,
,
,
n
A
a a
a
,这两组数据间的闵氏距离定义为
,其中
表示阶
1
2
,
,
,
n
B
b b
b
1
1
( )
n
q
q
AB
k
k
k
d
q
a
b
q
数. 则下列说法正确的有( )
A.若
,则
;
(1,2,3,4),
(0,3,4,5)
A
B
(1)
4
AB
d
B.若
,其中
,则
;
( ,
1),
(
1, )
A
a a
B
b
b
,a bR
(1)
2
(2)
AB
AB
d
d
C.若
,其中
,则
的最小值为
.
,
,
( ,
1)
a
A
a e
B
b b
,a bR
(2)
AB
d
2
D.若
,其中
,则
;
( , ),
( , )
A
a b B
c d
, , ,
a b c d R
(1)
(2)
AB
AB
d
d
3.(安徽省合肥市2024 届高三二模)在平面直角坐标系
中,定义
xOy
为
两点间的“曼哈顿距离”.已知椭圆
1
2
1
2
,
d A B
x
x
y
y
1
1
2
2
,
,
,
A x y
B x
y
,点
在椭圆
上,
轴.点
满足
.若直线
2
2
:
1
2
x
C
y
,
,
P Q R
C
PQ
x
,
M N
,
2
RM
MP PN
NQ
与
的交点在
轴上,则
的最大值为________.
MQ
NR
x
,
d R Q
在数学中,广义距离是泛函分析中最基本的概念之一.对平面直角坐标系中两个点
和
,记
,称
为点
与点
之
1
1
1
,
P x y
2
2
2
,
P x
y
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
max
,
1
1
t
x
x
y
y
PP
x
x
y
y
1
2 t
PP
1P
2P
间的“
距离”,其中
表示
中较大者.
t
max
,p q
,p q
(1)计算点
和点
之间的“
距离”;
1,2
P
2,4
Q
t
(2)设
是平面中一定点,
.我们把平面上到点
的“
距离”为的所有点
0
0
0
,
P x
y
0
r
0P
t
r
构成的集合叫做以点
为圆心,以为半径的“
圆”.求以原点
为圆心,以
为半径的
0P
r
t
O
1
2
“
圆”的面积;
t
(2)证明:对任意点
.
1
1
1
2
2
2
3
3
3
1
3
1
2
2
3
,
,
,
,
,
,
t
t
t
P x y
P
x
y
P x
y
PP
PP
P P
参考答案
1. 解析:对于A:
,故A 正确.
1
1 0
2
3
3
4
4
5
4
AB
d
对于B:
,
,
1
2
1
AB
d
a
b
2
2
1
AB
d
a
b
所以
,故B 正确.
(1)
2
(2)
AB
AB
d
d
对于C:构造函数
,
,
ex
f x
1
g x
x
则
的最小值即两曲线动点间的最小距离,
2
AB
d
由
,得
,且
,
0
0
(
)
e
1
x
f
x
0
0
x
0
1
f
所以
斜率为1 的切线方程为
,
ex
f x
1
y
x
直线
到
的距离为
,
1
y
x
1
y
x
2
所以两曲线动点间的最小距离为
,故C 正确.
2
对于D:
,
,
1
AB
d
a
c
b
d
2
2
2
AB
d
a
c
b
d
不妨设
,
,因为
,所以
,
a
c
M
b
d
N
0,
0
M
N
2
0
MN
所以
,所以
,
2
2
2
2
2
M
N
MN
M
N
2
2
2
(
)
M
N
M
N
所以
,则
,故D 错误.
2
2
M
N
M
N
(1)
(2)
AB
AB
d
d
故选:ABC
2.解析:设
,由题意
,
;
1
1
2
2
,
,
,
P x y
R x
y
1
1
,
Q x
y
1
2
1
2
,
2
2
x
x
y
y
M
不妨设点
位于第一象限,由
可得
,
P
2
PN
NQ
1
1
,
3
y
N x
设直线
与
的交点为
,则有
,
;
MQ
NR
,0
T t
//
QT
MQ
//
RT
RN
,
1
1
2
1
2
1
3
,
,
,
2
2
y
QT
t
y
M
x
x
y
x
Q
由
可得
,整理得
①;
//
QT
MQ
1
2
1
2
1
1
3
2
2
y
t
y
x
y
x
x
2
1
1
2
1
2
1
1
2
3
t
x
x
y
y
x y
y
y
,
1
2
2
1
2
2
,
,
,
3
y
R
x
T
R
x
t
y
N
y
x
由
可得
,整理得
②;
//
RT
RN
1
2
2
2
1
2
3
y
t
y
y
x
x
x
2
1
2
2
1
1
3
3
t
x
y
x
y
y
y
联立①②可得
,由题意
,所以
,
1
2
1
1
2
2
1
2
x
x
y y
x
x
y
1
2
1
,
0
x
x
y
1
2
y
y
由椭圆的对称性可知
,
,
1
2
x
x
1
2
1
2
1
1
,
2
2
d R Q
x
x
y
y
x
y
因为
,设
,
,
2
2
1
1
1
2
x
y
1
1
2 cos
,
sin
x
y
π
0, 2
,其中
;所以当
1
1
,
2
2
2 2 cos
2sin
d R Q
x
y
2 3sin
t an
2
时,
取到最大值
.故答案为:
π
2
,
d R Q
2 3
2 3
3.解析:(1)由定义知,
;
1 2
2
4
1 2
2
|
|
max
,
max
,
1
1 2 1
2
4
2 3
3
t
PQ
(2)设
是以原点
为圆心,以
为半径的-圆上任一点,则
,
P x y
O
1
2
t
.
1
max
,
1
1
2
x
y
x
y
若
,则
;
1
1
1
2
y
x
y
x
1
1
x
y
若
,则有
.
1
1
1
2
x
y
x
y
1
1
y
x
由此可知,以原点
为圆心,以
为半径的“
圆”的图形如下所示:
O
1
2
t
则“
圆”的面积为
.
t
2 2
4
(3)考虑函数
.
0
1
t
f t
t
t
因为
,所以
在
上单调递增.
2
1
0
(1
)
f
t
t
f t
0,
又
,
1
3
1
2
2
3
x
x
x
x
x
x
于是
1
3
1
2
2
3
1
2
2
3
1
3
1
2
2
3
1
2
2
3
1
2
2
3
1
1
1
1
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
,
1
2
2
3
1
2
2
3
1
1
x
x
x
x
x
x
x
x
同理,
.
1
3
1
2
2
3
1
3
1
2
2
3
1
1
1
y
y
y
y
y
y
y
y
y
y
y
y
不妨设
,
1
3
1
3
1
3
1
3
1
1
y
y
x
x
y
y
x
x
则
1
3
1
2
2
3
1
3
1
3
1
2
2
3
1
1
1
t
x
x
x
x
x
x
PP
x
x
x
x
x
x
1
2
1
2
2
3
2
3
1
2
1
2
2
3
2
3
max
,
max
,
1
1
1
1
x
x
y
y
x
x
y
y
x
x
y
y
x
x
y
y