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例谈三角形中面积最值问题的解决策略

2020-03-09广东省梅县东山中学钟国城514017

河北理科教学研究 2020年4期
关键词:外接圆余弦定理正弦

广东省梅县东山中学 钟国城 514017

三角形中面积最值问题是高考数学的热点与难点内容.三角形面积最值问题全面而突出考查了正弦定理、余弦定理、基本不等式、平面几何与解析几何等数学基础知识及解三角形、求函数最值等基本方法,又渗透了转化与化归、函数与方程、数形结合等重要数学思想,在培养思维的灵活性、创造性等方面起到了积极的作用.解三角形中面积最值问题在高考中主要以三种类型出现,下面分别对三种类型进行不同角度的分析,总结求解策略,以期对大家有所帮助.

类型一:已知三角形一边及其对角

例1(2014年高考全国I理16)已知a,b,c分别为△ABC的三个内角A,B,C的对边,a=2,且(2+b)(sinA-sinB)=(c-b)sinC,则△ABC面积的最大值为

思路1:利用余弦定理得到角A及b,c之间的等式,使用基本不等式与面积公式得到面积的最大值.

解法1:由a=2且(2+b)(sinA-sinB)=(c-b)sinC,得(a+b)(sinA-sinB)=(c-b)sinC.由正弦定理得(a+b)(a-b)=(c-b)c,即b2+c2-a2=bc.由余弦定理得bc=4,由基本不等式得4=b2+c2-bc≥2bcbc=bc(当且仅当b=c=2时取等号),所以即△ABC面积的最大值为

思路2:利用正弦定理用角B,C表示边b,c,使用基本不等式、琴生不等式与面积公式得到面积的最大值.

思路3:利用正弦定理与面积公式,结合定理:“三角形内角和等于π”,把面积表示为关于角的三角函数,使用三角函数的性质求得面积最大值.

思路4:通过建立坐标系,引入B,C两点坐标,结合角A与边AB,AC所在直线斜率的关系,得到点A的轨迹,根据轨迹的特点求得面积的最大值.

如图1,以BC中点O为原点,BC所在直线为x轴,建立平面直角坐标系xOy,则有B( - 1,0) ,C(1 ,0).设A(x,y),则当x≠±1时因为tanA=

思路5:利用正弦定理得到△ABC的外接圆,根据点A的变化与外接圆的性质求得面积的最大值.

图1

图2

评注:对于类型一,可以从五个角度入手,一是通过运用余弦定理得到边的关系等式,再利用基本不等式得到最值;二是通过正弦定理把边化为角,再利用基本不等式与琴生不等式得到最值;三是通过正弦定理把边化为角,再利用三角形内角和定理,把面积最值转化为三角函数最值;四是通过建立坐标系,结合题设条件得到动点轨迹,再利用轨迹的特点得到面积的最值;五是通过题设条件发现三角形的外接圆为定圆,利用数形结合和圆内接多边形的性质,非常直观地得到三角形面积的最值,而且可以看出此种类型的背景是三角形的外接圆,充分利用外接圆的性质对于解题有事半功倍的效果.

类型二:已知三角形一边及其他两边关系

例2 (2008年高考江苏13)若AB=2,AC=2BC,则△ABC面积的最大值为

思路1:利用余弦定理和面积公式,把面积表示为关于边的函数,结合函数的性质得到面积的最大值.

思路2:通过建立坐标系,引入已知点的坐标,根据边的关系,求得动点的轨迹,再利用轨迹的特点得到面积的最大值.

解法2:以AB所在直线为x轴,边AB的垂直平分线所在直线为y轴,建立平面直角坐标系,则A(-1,0),B(1,0).设C(x,y),则由整理得(x-3)2+y2=8(y≠0),所以点C的轨迹是以(3,0)为圆心,22为半径的圆(除去x轴上的点),如图3可知,点C到AB的距离的最大值为22,所以△ABC面积的最大值为

图3

评注:对于类型二,上述两种解法较为常见,一是通过余弦定理和面积公式把面积表示为关于边的函数,利用函数的性质得到最值,不过此法运算量大,运算过程较为复杂,容易出现错误;二是通过建立坐标系,利用解析几何的方法得到动点轨迹,通过数形结合与轨迹的特点得到三角形面积的最值.在△AnBnCn中,BnCn=an=a,AnBn+AnCn=bn+cn=2a,则点An的轨迹是以Bn,Cn为焦点,长轴长为2a的椭圆,其标准方程为如图

类型三:已知三角形周长及其中一边长

4,当点An与短轴端点重合时,点An到BnCn的距离最大,即Sn最大,此,即Sn的最大值为

图4

评注:通过对题目条件的分析得到点An的轨迹是椭圆,利用椭圆的性质求得Sn的最大值.由此可见,此种类型的背景是椭圆,借助的椭圆的几何性质进行解题非常直观有效.

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