題目
3. (10 pts) Let
x>0 and
△ABC be a triangle whose side lengths are
BC=5,
AC=4,
AB=3. Choose a point
P on
AB, and a point
Q on
BC, and a point
R on
AC so that
APBP=BQCQ=CRAR=x
Let f(x) be the area of △PQR. Find the critical point and the minimum of f(x).
解答
解法一
思路
展開
- 原三角形是 3、4、5 直角三角形,面積為 6。
- 以相似三角形分別表示三個角落被切去的小三角形面積,便可得到 f(x)。
- 對 x>0 微分找臨界點,並比較端點趨勢以判定最小值。
答題過程
設三個角落的小三角形分別為 △APR、△BPQ、△CQR。由分點比例,三者的兩條直角邊(或夾角兩邊)長度可分別表示為
[APR][BPQ][CQR]=21⋅1+x3⋅1+x4x=(1+x)26x,=21⋅1+x3x⋅1+x5⋅54=(1+x)26x,=21⋅1+x4⋅1+x5x⋅53=(1+x)26x.
故中央三角形的面積為
f(x)==6−(1+x)218x(1+x)26(x2−x+1).
f′(x)=(1+x)318(x−1).
因此唯一臨界點為 x=1;而 f′(x)<0 於 0<x<1、f′(x)>0 於 x>1,所以它給出最小值。
f(1)=(1+1)26(1−1+1)=23.
故臨界點為 x=1,最小面積為 23。