专题地图 › 三角函数综合
2022 年重庆预赛
定角三角形中线的最小值
F3解答题三角函数综合
已知 a,b,c 分别为 △ABC 的三个内角 A,B,C 的对边,a=2,且
(b+2)sin2Csin2A−B=ccos2Acos2B−C.
若 D 为 BC 的中点,求 AD 长的最小值。
作答
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。
解析
思路
用正弦定理把边长和化成半角乘积,题设会消去公因子并固定角 A;随后用余弦定理和中线公式求极值。
解答
设外接圆半径为 R。由正弦定理,
a+b=2R(sinA+sinB)=4Rcos2Ccos2A−B,
且 c=4Rsin(C/2)cos(C/2)。代入题设并约去正因子,得到
cos2A−Bsin2A−B=cos2Acos2B−C.
令 x=A/2,y=B/2,利用 C/2=π/2−x−y 展开上式,化简为
sinB(cosA+21)=0.
因 0<B<π,故 cosA=−1/2,即 A=120∘。
由余弦定理且 a=2,
b2+c2+bc=4.
中线公式给出
AD2=42b2+2c2−a2=2b2+c2−1.
又 bc≤(b2+c2)/2,所以
4=b2+c2+bc≤23(b2+c2),
即 b2+c2≥8/3。当 b=c 时等号成立,故
ADmin=31.
复核
等号情形为 b=c=2/3,与夹角 120∘ 构成非退化三角形,并确有对边 a=2。
方法总结
边角混合恒等式先用正弦定理统一为角;角被固定后,中线极值就转化为在余弦定理约束下优化 b2+c2。
为什么评为 F3(会透露解法方向)
关键是将a+b与c用正弦定理表达并消去半角因子,得到A=120度;余下中线最值按余弦定理与均值完成。
用到的方法(会透露解法方向)
核心工具:正弦定理与余弦定理
专题卡:三角形里的三角等式:消去一角,写成乘积再分情况、边和角混在一起:用正弦、余弦定理统一成一种