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巧妙求函数最值, 高考数学真题, 与三角函数解三角形有关

这是2022年高考数学全国文科甲卷填空压轴题,是一道解三角形的问题,但它的核心步骤却与是求函数的最值。需要变形运用匀值不等式,比较巧妙地解决。

已知△ABC中,点D在边BC上,∠ADB=120度,AD=2,CD=2BD. 当AC/AB取最小值时,BD=______.

请自己尝试完成!

分析:首先,画一个草图,对解题会有很大的帮助。要不然就像人的眼睛被蒙住一样,像一只无头苍蝇不知道该往哪里飞,除非你有超强的大脑,可以在脑海中构造图形,并分析图形和问题。反正老黄是做不到的。

这个图倒是一点儿也不复杂。解题的突破口在余弦公式的运用,在三角形ABD中,表示出角ADB的余弦公式,而角ADB的大小是120度,对边是AB,从而得到:

AB^2=BD^2+AD^2-2BD·AD·cos120度=BD^2+2BD+4;

在三角形ACD中,同样表示出角ADC的余弦公式,因为角ADC与角ADB是互为邻补角,所以角ADC等于60度,对边是AC,因此有:

AC^2=CD^2+AD^2-2CD·AD·cos60度=4BD^2-4BD+4.

两个余弦公式求比,就有:

(AC/AB)^2=(4BD^2-4BD+4)/(BD^2+2BD+4)=4-(12(BD+1))/(BD+1)^2+3).

可以把(AC/AB)^2看作是关于BD的函数,这就把问题转化成求函数的最值问题。因为(AC/AB)^2最小时,AC/AB就最小。不过我们要的不是这个最小值,而是取得最小值时BD的值。

求这个函数最值的方法有很多,不过老黄觉得,利用均值不等式,会相对比较简便。但直接运用不了均值不等式,为此,要把函数做为减数部分的分式取倒数的形式。即:

记M=((BD+1)^2+3)/(BD+1)=BD+1+ 3/(BD+1).

只要M最小,那么M的倒数就最大,即原函数做为减数部分的分式最大,原函数就最小。而很明显的,M的表达式就可以运用均值不等式了。

当BD+1=3/(BD+1)时, M最小. AC/AB最小.

我们只需求出此时BD的值就可以了。这是关于BD的分式方程,可解得BD=√3-1.具体解方程的过程,请自行脑补。

那么你完成了吗?解法是否与老黄的相同呢?

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