Question Number 134040 by benjo_mathlover last updated on 27/Feb/21
$$\mathrm{Find}\:\mathrm{the}\:\mathrm{shortest}\:\mathrm{distance}\: \\ $$$$\mathrm{between}\:\mathrm{the}\:\mathrm{curve}\: \\ $$$$\mathrm{y}^{\mathrm{2}} \:=\:\mathrm{x}−\mathrm{1and}\:\mathrm{x}^{\mathrm{2}} \:=\:\mathrm{y}−\mathrm{1} \\ $$
Commented by benjo_mathlover last updated on 27/Feb/21
Answered by EDWIN88 last updated on 27/Feb/21
$$\left(\mathrm{i}\right)\:\mathrm{gradient}\:\mathrm{of}\:\mathrm{tangent}\:\mathrm{line}\:\:\mathrm{curve}\:\mathrm{y}^{\mathrm{2}} =\mathrm{x}−\mathrm{1} \\ $$$$\mathrm{at}\:\mathrm{point}\:\mathrm{A}\left(\mathrm{a}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1},\:\mathrm{a}\right)\:\mathrm{is}\:\mathrm{m}_{\mathrm{1}} =\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}\sqrt{\mathrm{a}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}−\mathrm{1}}}=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2a}}\:\mathrm{then}\: \\ $$$$\mathrm{gradient}\:\mathrm{of}\:\mathrm{normal}\:\mathrm{line}\:\mathrm{is}\:−\mathrm{2a}\Rightarrow\mathrm{equation} \\ $$$$\mathrm{of}\:\mathrm{normal}\:\mathrm{line}\::\mathrm{y}=−\mathrm{2a}\left(\mathrm{x}−\mathrm{a}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}\right)+\mathrm{a} \\ $$$$\:\mathrm{y}=−\mathrm{2ax}+\mathrm{2a}^{\mathrm{3}} +\mathrm{3a} \\ $$$$\left(\mathrm{2}\right)\mathrm{gradient}\:\mathrm{of}\:\mathrm{tangent}\:\mathrm{line}\:\mathrm{curve}\:\mathrm{y}=\mathrm{x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1} \\ $$$$\mathrm{at}\:\mathrm{point}\:\mathrm{B}\left(\mathrm{b},\mathrm{b}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}\right)\:\mathrm{is}\:\mathrm{m}_{\mathrm{2}} =\:\mathrm{2b}\:\mathrm{then}\: \\ $$$$\mathrm{gradient}\:\mathrm{of}\:\mathrm{normal}\:\mathrm{line}\:\mathrm{is}\:−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2b}}\:\Rightarrow\mathrm{equation} \\ $$$$\mathrm{of}\:\mathrm{normal}\:\mathrm{line}\::\:\mathrm{y}=−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2b}}\left(\mathrm{x}−\mathrm{b}\right)+\mathrm{b}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1} \\ $$$$\:\mathrm{y}\:=\:−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2b}}\mathrm{x}+\:\mathrm{b}^{\mathrm{2}} +\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{2}} \\ $$$$\mathrm{Thus}\:\mathrm{the}\:\mathrm{equation}\:\mathrm{of}\:\mathrm{normal}\:\mathrm{line}\:\mathrm{is}\:\mathrm{same} \\ $$$$\mathrm{we}\:\mathrm{get}\:\begin{cases}{\mathrm{2a}=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2b}}\:;\:\mathrm{a}=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4b}}}\\{\mathrm{2a}^{\mathrm{3}} +\mathrm{3a}\:=\:\mathrm{b}^{\mathrm{2}} +\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{2}}}\end{cases} \\ $$$$\Leftrightarrow\:\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{64b}^{\mathrm{3}} }+\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{4b}}\:=\:\frac{\mathrm{2b}^{\mathrm{2}} +\mathrm{3}}{\mathrm{2}}\:\Rightarrow\frac{\mathrm{2}+\mathrm{48b}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{64b}^{\mathrm{3}} }\:=\:\frac{\mathrm{2b}^{\mathrm{2}} +\mathrm{3}}{\mathrm{2}} \\ $$$$\Rightarrow\:\mathrm{2}+\mathrm{48b}^{\mathrm{2}} \:=\:\mathrm{32b}^{\mathrm{3}} \left(\mathrm{2b}^{\mathrm{2}} +\mathrm{3}\right) \\ $$$$\Rightarrow\mathrm{64b}^{\mathrm{5}} +\mathrm{96b}^{\mathrm{3}} −\mathrm{48b}^{\mathrm{2}} −\mathrm{2}=\mathrm{0} \\ $$$$\Rightarrow\mathrm{32b}^{\mathrm{5}} +\mathrm{48b}^{\mathrm{3}} −\mathrm{24b}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}=\mathrm{0} \\ $$$$\Rightarrow\left(\mathrm{2b}−\mathrm{1}\right)\left(\mathrm{16b}^{\mathrm{4}} +\mathrm{8b}^{\mathrm{3}} +\mathrm{28b}^{\mathrm{2}} +\mathrm{2b}+\mathrm{1}\right)=\mathrm{0} \\ $$$$\:\begin{cases}{\mathrm{b}=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\:\Rightarrow\mathrm{B}\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}},\:\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{4}}\right)}\\{\mathrm{a}=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\Rightarrow\mathrm{A}\left(\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{4}},\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)}\end{cases}\:\Rightarrow\mathrm{AB}_{\mathrm{min}} \:=\:\sqrt{\mathrm{2}\left(\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{4}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)^{\mathrm{2}} }=\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{4}}\sqrt{\mathrm{2}} \\ $$
Answered by MJS_new last updated on 27/Feb/21
$$\mathrm{symmetry}\:\mathrm{about}\:{y}={x} \\ $$$$\mathrm{it}'\mathrm{s}\:\mathrm{very}\:\mathrm{easy}\:\mathrm{to}\:\mathrm{solve}… \\ $$
Answered by benjo_mathlover last updated on 27/Feb/21
$$\mathrm{since}\:\mathrm{both}\:\mathrm{curve}\:\mathrm{symmetry}\:\mathrm{to}\:\mathrm{line}\: \\ $$$$\mathrm{y}\:=\:\mathrm{x}\:,\:\mathrm{gradient}\:\mathrm{of}\:\mathrm{normal}\:\mathrm{line} \\ $$$$\mathrm{curve}\:\mathrm{y}^{\mathrm{2}} =\mathrm{x}−\mathrm{1}\Rightarrow\:−\mathrm{2}\sqrt{\mathrm{x}−\mathrm{1}}\:=−\mathrm{1} \\ $$$$\Rightarrow\sqrt{\mathrm{x}−\mathrm{1}}\:=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\:;\:\mathrm{x}=\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{4}}\:\wedge\:\mathrm{y}\:=\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}} \\ $$$$\mathrm{we}\:\mathrm{get}\:\mathrm{point}\:\mathrm{A}\left(\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{4}},\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right) \\ $$$$\mathrm{gradient}\:\mathrm{of}\:\mathrm{normal}\:\mathrm{line}\:\mathrm{curve} \\ $$$$\mathrm{y}\:=\:\mathrm{x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}\Rightarrow−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2x}}\:=\:−\mathrm{1}\:;\:\mathrm{x}=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\wedge\:\mathrm{y}=\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{4}} \\ $$$$\mathrm{we}\:\mathrm{get}\:\mathrm{point}\:\mathrm{B}\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}},\:\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{4}}\right). \\ $$$$\mathrm{So}\:\mathrm{the}\:\mathrm{shortest}\:\mathrm{distance}\:\mathrm{between} \\ $$$$\mathrm{the}\:\mathrm{given}\:\mathrm{two}\:\mathrm{curve}\:\mathrm{is} \\ $$$$\mathrm{AB}\:=\:\sqrt{\left(\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{4}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)^{\mathrm{2}} +\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}−\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{4}}\right)^{\mathrm{2}} } \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:=\:\sqrt{\mathrm{2}×\left(\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{4}}\right)^{\mathrm{2}} }\:=\:\frac{\mathrm{3}\sqrt{\mathrm{2}}}{\mathrm{4}} \\ $$$$ \\ $$
Commented by benjo_mathlover last updated on 27/Feb/21