1、
椭圆的最大面积内接三角形的周长最值问题
(安徽省马鞍山市第二中学当涂分校 孙世宝 邮编:243100)
文献[1]中提出了这样一个猜想:椭圆的具有最大面积的三角形中,周长取最值的三角形一定是等腰的. 笔者的研究表明,这个猜想是正确的. 下文以分别表示循环和、循环积.
为了便于后面应用,先给出一个引理.
引理:则有如下的一系列恒等式
(1);
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
(8)
利用复数或三角恒等变换都能给出上述结论的证明,此处从略.
问题的解答:设椭圆的方程为是其一面积最大的内接三角形. 利用仿射变换,椭圆将变为单位圆
此时
2、是内接于单位圆,且具有最大面积,它是等边三角形.
这样可设它的各点的坐标为于是相应的
利用两点间距离公式算得:
的周长
+
以下为计算方便,记:
则
这样即: ①
下面求解满足方程①的所有这是解决前面猜想的至关重要的一步.
记
方程①即:这样
展开来就是:将前面的式子代入得到:
②
记方程②的左右两边的式子分别为,则:
利用引理()可算得:
,
于是
其中
=
这样利用即
代入方程①检验后知道这确是其全部解.
我们不难检验周长函数具有周期故要求其值
3、域,只需考查
这一小段就可以了,在这个范围内函数只有一个极值点
又
(,再两边分子有理化就行了)
这两个值就是最值.
此时取最大值时三顶点坐标为:
取最小值时三顶点坐标为:
这样的周长取最值的三角形共有4个,都是等腰的,并且它们的顶点就是椭圆的顶点.
(把的值全部求一下,也能得到同样的两个值,所对应的三角形也都是等腰的,共4个)笔者把它叙述为如下的结论.
定理:椭圆的具有最大面积的内接三角形中,周长最大、最小的三角形都是等腰的.(各2个)其一个顶点在椭圆的长轴端点时,周长最小; 一个顶点在椭圆的短轴端点时,周长最大.
参考文献:
1.刘培杰主编. 400个最新世界著名最值问题. 哈尔滨工业大学出版社,2008年9月第一版,