同一骨架 2022 年新疆预赛 · P006910
两题都把内接三角形的固定形状保留下来,只让尺度和位置变化。顶点落在外三角形各边上的条件是线性的;消去位置后,面积最值可归结为尺度受一个方向或线性约束的限制。
外、内三角形的形状互换了,边界条件控制尺度的结构仍然相同。
给定直角三角形 ,其中 ,,。点 分别在边 上,使得 是正三角形。求 面积的最小值。
这是解答题,请在纸上写出完整过程。写完后对照解答给自己评分。
以直角顶点为原点,把 写在两坐标轴上。
先回想这道题的想法,再试试当前题。
正三角形的第三个顶点由旋转 唯一确定,令它落在斜边上便得到关于两个截距的线性约束;面积最小化转化为该约束下 的最小值。
取
并设 ,其中 。位于三角形内部一侧的正三角形第三点为
因 ,有
记
由柯西不等式及 (1),
又
故
等号时 与 同向;由 (1) 确定的 均分别小于 ,所以等号构形确在线段内部。正三角形面积为 ,由 (2) 得
另一个正三角形第三点至少有一个坐标为负,不能落在原直角三角形内。等号点为
直接比较可得 。
边上内接正三角形可用坐标与 旋转表达。第三点落在斜边给出线性约束,而边长平方是二次型;柯西不等式正好给出线性约束下欧氏长度的最小值。
以两直角边上的距离为变量,关键是通过60度旋转把第三点在线段AB转成线性约束;柯西求最小平方和后核等号点位于两边内部。
同一骨架 2022 年新疆预赛 · P006910
两题都把内接三角形的固定形状保留下来,只让尺度和位置变化。顶点落在外三角形各边上的条件是线性的;消去位置后,面积最值可归结为尺度受一个方向或线性约束的限制。
外、内三角形的形状互换了,边界条件控制尺度的结构仍然相同。
同一骨架 2026 年上海预赛 · P006137
两题的几何条件先给出一个归一化总量,目标则成为与它配对的平方和或倒数和。把这两部分放进柯西不等式,不仅得到下界,也同时给出取等的比例;比例还须满足原图中的位置限制。
切点坐标的平方与边上截距的角色不同,但都是约束控制尺度、取等比例定位构型。
垫脚石(相关题 → 此题) 2024 年贵州预赛 · P006499
先在纯代数条件下看清“线性式固定时,向量长度怎样最小”,再到内接图形中寻找同一种约束。几何题的顶点落边条件会产生线性关系,而待求面积转成长度平方;系数方向与取等方向的匹配是共同关键。
前题直接给线性约束,后题需要先通过坐标和固定旋转把几何条件译成线性约束。
同一骨架 2010 年安徽预赛 第 1 题 · P009660
两题都让柯西不等式在一个线性式与欧氏长度之间建立精确界,等号要求相关向量同向或反向。真正的几何限制还须单独核查:方向虽满足代数等号,若落在不允许的半圆或边段外,仍不能当作可达端点。
一题固定圆周长度求投影范围,另一题由顶点在线段上的条件固定线性式,再反求长度平方的最小值。
已记下,谢谢!