一道經(jīng)典幾何最值題的幾何法與代數(shù)法
題目:如圖,在Rt△ABC中,∠BAC=90°,P為其內(nèi)部一點(diǎn),PA=1,PB=2,PC=3,求BC的取值范圍.
這是一道非常經(jīng)典的幾何最值題目,本文將介紹兩種幾何法和一種代數(shù)法. 解法一:(利用矩形經(jīng)典結(jié)論) 如圖,將Rt△ABC補(bǔ)全為矩形ABCD,連接AD,PD.
矩形結(jié)論:AP2+DP2=BP2+CP2,代入數(shù)據(jù)可得:DP=2√3 △APD中,由三角形三邊關(guān)系得:DP-AP≤AD≤DP+AP,即:2√3-1≤AD≤2√3+1. 又∵BC=AD, ∴BC的取值范圍是[2√3-1,2√3+1] 方法二:(利用三角形中線長(zhǎng)定理) 如圖,分別取BC、AP中點(diǎn)O,M,連接OM,AP,PO.
由三角形中線長(zhǎng)定理得:OP2=1/4(2OA2+2PC2-AP2)=13/2-1/4BC2 ∵BC=2OA,∴OP2+OA2=13/2,OM=1/4(2OA2+2OP2-AP2)=3,即OM=√3. △AOM中,由三角形三邊關(guān)系得:OM-AM≤AO≤OM+AM,即:√3-1/2≤AO≤√3+1/2 ∴2√3-1≤BC≤2√3+1 故BC的取值范圍是:[2√3-1,2√3+1] 方法三:(向量+柯西不等式) 設(shè)→PA=a,→PB=b,→PC=c,記=α,=β,則=360°-(α+β),→BA=a-b,→CA=a-c.,→CB=b-c ∵∠BAC=90° ∴→AB · →AC=(b-a)·(c-a)=0 即:a2-a·c-ab+b·c=0 1-3cos(α+β)-2cosβ+6cosα=0 整理得:cosβ(-3cosα-2)+sinβ·3sinα=-6cosα-1 兩邊平方得:(-6cosα-1)2=[cosβ(-3cosα-2)+sinβ·3sinα]2 由柯西不等式得:(-6cosα-1)2=[cosβ(-3cosα-2)+sinβ·3sinα]2≤ (cos2β+sin2β)[(-3cosα-2)2+(3sinα)2] 解得:-√3/3 ≤ cosα ≤ √3/3. |b-c|=√(b2+c2-2bccosα)=√(13-12cosα) ∵-√3/3 ≤ cosα ≤ √3/3 ∴13-4√3 ≤ 13-12cosα ≤ 13+4√3 ∴2√3-1≤丨b-c丨≤ 2√3+1. 故BC的取值范圍是:[2√3-1,2√3+1] 大家還有其他的方法嗎,歡迎討論交流………