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解答三角形最值問題的三個“招數(shù)”

2024-09-27 00:00:00唐皖寧

三角形最值問題的命題形式多樣,常與解三角形、三角函數(shù)、不等式、方程、函數(shù)等知識相結(jié)合.因而,解答此類問題的方法、思路很多.下面主要介紹解答三角形最值問題的三個“招數(shù)”,以供讀者參考.

一、利用基本不等式

基本不等式:[a+b≤2ab],其中[a>0,b>0],當且僅當a=b時取等號.對于三角形最值問題,我們通??梢韵壤谜嘞叶ɡ砬蟮媚繕耸?;然后將其化為兩式的和或積.只要這兩式的和或積為定值,那么在a=b時,這兩式的和或積就能取得最值.

例1.已知[ΔABC]的內(nèi)角A、B、C的對邊分別為a、b、c,若[cosAcosB+sinAsinB=2cb],且[b=3],求[ΔABC]的周長[l]的最大值.

解:由正弦定理可得[sinCsinB=cb],而[cosAcosB+sinAsinB=2cb],

所以[cosAcosB+sinAsinB=cosAsinB+cosBsinAcosBsinB=sin(A+B)cosBsinB=2sinCsinB],因為[sin(A+B)=sinC≠0,sinB≠0],所以[cosB=12].

在[ΔABC]中,由余弦定理可得[b2=a2+c2-2accosB=a2+c2-ac],

所以[(a+c)2=9+3ac≤9+3(a+c2)2],即[a+c≤6].

所以[l=a+b+c≤9],當且僅當[a=b=c=3]時取等號,

所以[ΔABC]的周長[l]的最大值為[9].

我們根據(jù)正余弦定理得出[(a+c)2=9+3ac].而該式中涉及兩式的和a+c與積ac,利用基本不等式即可建立二者的關(guān)系,從而求得a+c的最值,進而求得三角形周長的最值.利用基本不等式解題的關(guān)鍵在于配湊出兩式的和與積.

二、利用三角函數(shù)的性質(zhì)

在解答三角形最值問題時,我們可以利用正余弦定理將目標式用某個內(nèi)角的三角函數(shù)表示出來,并將其化簡為只含有正弦函數(shù)、余弦函數(shù)、正切函數(shù)的式子,便可根據(jù)角的范圍,利用正弦函數(shù)、余弦函數(shù)、正切函數(shù)的有界性和單調(diào)性來求最值.

例2.設函數(shù)[f(x)=sin(12x+π6)+1].在[ΔABC]中,[∠A、∠B、∠C]對應的邊分別為[a、b、c].若[a=6],且[f(2A)+2cos(B+C)=1],則[b+c]的取值范圍是_______.

解:由[f(2A)+2cos(B+C)=1]可得[A=π3],

在[ΔABC]中,由正弦定理可得[bsinB=csinC=asinA=6sinπ3=43],

所以[b=43sinB,c=43sinC],

所以[b+c=43(sinB+sinC) =43[sinB+sin(2π3] [-B)]=12sin(B+π6)],因為[0<B<2π3],所以[π6<B+π6<5π6],

則當[B+π6=π2],即[B=π3]時,[sin(B+π6)]取得最大值,

當[B+π6=π6],即[B=0]時,[sin(B+π6)=12],

所以[sin(B+π6)∈(12,1]],則[b+c∈(6,12]].

將三角形的三條邊用角的三角函數(shù)表示出來后,便可將目標式化為三角函數(shù)式.再利用兩角和的正弦公式將其化為正弦函數(shù)式,便可直接根據(jù)正弦函數(shù)的有界性和單調(diào)性求得最值.

三、建立坐標系

在解答三角形最值問題時,通??梢匀切蔚牡走厼閤軸,以底邊上的某個點為原點來建立平面直角坐標系.這樣便可將問題轉(zhuǎn)化為坐標運算問題,通過簡單的計算獲得問題的答案.

例3.在[ΔABC]中,[AB=2,AC=2BC],求該三角形面積的最大值.

解:以[AB]的中點為原點建立如圖所示的平面直角坐標系,

則[A(-1,0),B(1,0)].設點[C(x,y)],

由[AC=2BC],得[(x+1)2+y2=2(x-1)2+y2],

即[(x-3)2+y2=8(x≠±1)],故點[C]的軌跡是以點[(3,0)]為圓心,半徑為[22]的圓,不包括與[x]軸的交點,則C到x軸的最大距離為半徑[22],

則[ΔABC]面積的最大值為[S=12×2×22=22].

以AB的中點為原點,AB為x軸建立平面直角坐標系,即可快速求得各個點的坐標,從而順利求得C的軌跡方程.一般來說,如果三角形是直角三角形、等腰三角形、等邊三角形,可以直角的頂點或者底邊上的中點為坐標原點,來建立平面直角坐標系.

總的來說,無論運用哪種方法解答三角形最值問題,都需:(1)靈活運用正余弦定理進行邊角互化;(2)挖掘有關(guān)三角形的隱含條件;(3)靈活運用數(shù)形結(jié)合思想.

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