原題:在△ABC中,內(nèi)角A,B,C的對邊分別為a,b,c,其外接圓半徑為6,且a+c=16.求△ABC面積的最大值.
此題是甘志國老師率先提出,他在《數(shù)學(xué)通訊》論壇里發(fā)了他的解法,引起了不小的爭論。解法如下:由正弦定理及題設(shè)可得BA+BC=16,所以點(diǎn)B在以A,C為焦點(diǎn)、長軸長為16的橢圓上,當(dāng)點(diǎn)B從短軸的端點(diǎn)向長軸的端點(diǎn)移動時(shí),△ABC的面積S在減小.不妨設(shè)點(diǎn)B在橢圓弧上運(yùn)動且∠BAC是銳角,得S隨∠BAC的減小而減小.
事實(shí)上底邊AC的長是隨著點(diǎn)B的位置不同而變化的,而設(shè)AC的長不變,解出的結(jié)果似有不妥.
我的解法:
由于圓內(nèi)接三角形的對稱性,當(dāng)AB取一有定義時(shí)的值時(shí),對應(yīng)著四種三角形(如圖),解此題只需考慮這種情況:即固定A點(diǎn),A,B,C三點(diǎn)在圓上按順時(shí)針方向排列.它又分為兩種情況:點(diǎn)B在AO連線下方與點(diǎn)B在AO連線上方.
當(dāng)點(diǎn)B在AO連線上及其下方時(shí),面積的最小值為0,最大值為16,此種情況不再贅述.下面只考慮另一種點(diǎn)B在AO連線上及其上方的情況:
當(dāng)AB=4時(shí),角B最小,角A為直角;當(dāng)AB=8-2時(shí),角B為直角;當(dāng)AB=8時(shí),角B最大,為鈍角.
設(shè)AB=8-m,則m的范圍為(-4≤m≤4),所以BC=8+m,三角形ABC的面積為:
f(m)=(8-m)(8+m)[(8-m)+(8+m)]
顯然這個(gè)函數(shù)是個(gè)偶函數(shù),只需證明m∈[-4,0]上的單調(diào)性即可.
事實(shí)上,當(dāng)m∈[-4,-2]時(shí),y1=(8-m)(8+m)是增函數(shù),且y1>0;角B由銳角增大為直角,所以y2=sinB也是增函數(shù),且y2>0.
所以f(m)在m∈[-4,-2]上一定是增函數(shù),函數(shù)值最大為28.
因此,只需證當(dāng)m∈[-2,0]上,函數(shù)為增函數(shù).
由于y1=(8-m)(8+m)在m∈[-2,0]上是增函數(shù),而y2=sinB在m∈[-2,0]上是減函數(shù),
當(dāng)m∈[-2,0]時(shí),函數(shù)f(m)的單調(diào)性不好判斷,求導(dǎo)又不便,因而需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)化.
考慮到g(m)=sinB,當(dāng)m∈[-2,0]時(shí)是減函數(shù),且值域?yàn)閇,1],而h(m)=,當(dāng)m∈[-2,0]時(shí)也是減函數(shù),且值域?yàn)閇,1],且恒有g(shù)(m)≥h(m)>0,僅當(dāng)m=-2時(shí),g(-2)=h(-2)=1,
可用F(m)=g(m)×h(m)=替代f(m)來證明m∈[-2,0]時(shí)的單調(diào)性.
∵F′(m)=,∴m∈[-2,0]時(shí),F(xiàn)′(m)≥0,f(m)在m∈[-2,0]上是增函數(shù),結(jié)合第一種情況,△ABC面積的最大值為≈31.8.
·編輯 趙飛飛