几何图形的最值问题,综合程度较高,有几何图形性质的使用,也在计算模型上考虑到代数基本不等式的使用。既有图形模型的选取,又有代数运算,这样的几何最值类型,在中学应用数学上还是很有研究的价值。在动态变化中找到基本模型,体现出动静相宜的趣味点,还需我们多去发现。
看到所给条件,就知道三角形的顶点B、C是在相应的边上可以移动的,这就是三角形面积的最值产生的根本。在变化中如何办呢?由BC边上的中线,延长AM并取相等,构造基本辅助线,转化下三角形的构成。
三角形面积的计算公式很多,在本题显然想到的是两边与夹角正弦乘积的一半这个公式,简洁明了,很好上手。这样三角形ABC的面积最值问题,就转化为求两边AB、AC乘积的最值了,接着再由基本不等式,两个正数x、y乘积的最大值就是当x=y时取得。
延长AM到E点,并使得ME=AM,再连接BE,这样三角形ABC的面积就等价转化后ABE的面积,由于三角形ACM与三角形EBM不难证出全等。也可证出BE与AC平行,从而知道角ABE是135度,这样三角形ABE的面积计算,就只要考虑AB与BE的乘积了。
再由基本不等式,考虑当AB与BE相等时,作出相应的图形,余弦定理也好,或构造直角三角形,使用勾股定理也罢,计算出AB的长度,就是纯粹的代数运算了,最后三角形面积的最大值是4倍根号2减4。
这个四边形有点不规则、难看,这是看到这个图形的第一印象,要是矩形多好。显然是要添加辅助线来构造你想要的“完美矩形”,如何来操作呢?
由45度角出发,作垂线;再由角BAC=2倍的角ACD出发,作角平分线,两下相结合,离你想象中的“完美矩形”也不远了。如图添加构造出矩形AFCG,大致的思考方向就这样定调了,接下就是细节逻辑的补充完善。
过C点作CE垂直于CD,交AB的延长线于E点,在三角形ACE中作出角平分线AF,这样很快得到AF平行于CD,从而AF也垂直于CE,也就知道三角形ACE是等腰三角形了。
思考到这个地方时,接着就是两个三角形BCD与BCE全等条件的寻找了,此时还有条件AC垂直BD没有很好的利用上。再次利用两个45度角为运算桥梁,来推导出角E与角BDC相等。角E=角ACE=45度+角ACB,角BDC=90度-角ACD,而角ACD+角ACB=45度。
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