证明题,救命

来源:百度知道 编辑:UC知道 时间:2024/07/02 19:46:08
给定半径为R的圆,问:是否存在该圆的一个外切三角形使其面积为圆面积的3/2倍?是否存在该圆的一个外切三角形使其面积为圆面积的2倍?证明你的结论

分别连接圆心和三个切点,这三条连线(半径)将圆心角分成三部分:θ1,θ2,θ3
有θ1,θ2,θ3∈(0,π),θ1+θ2+θ3=2π
令φ(i)=θ(i)/2,i=1,2,3,那么φ1,φ2,φ3∈(0,π/2),φ1+φ2+φ3=π
容易证明外切三角形面积S=R²(tanφ1+tanφ2+tanφ3)
(方法:分别连接圆心和外切三角形的三个顶点,将三角形分成6个部分,然后分别算再加起来)
外切三角形面积于圆面积之比=S/(πR²)=(tanφ1+tanφ2+tanφ3)/π

因此,原题即求(tanφ1+tanφ2+tanφ3)/π的取值范围
约束条件φ1,φ2,φ3∈(0,π/2),φ1+φ2+φ3=π
tanφ3=tan(π-φ1-φ2)=-tan(φ1+φ2)=(tanφ1+tanφ2)/(tanφ1*tanφ2-1)
令x=tanφ1,y=tanφ2,则x>0,y>0
而tanφ3=(x+y)/(xy-1)>0,故xy>1
tanφ1+tanφ2+tanφ3=x+y+(x+y)/(xy-1)

转化为f(x,y)=x+y+(x+y)/(xy-1)的取值范围
约束条件x>0,y>0,xy>1
求偏导(f'x)(x,y)=1-(1+y²)/(xy-1)²,(f'y)(x,y)=1-(1+x²)/(xy-1)²
令(f'x)(x,y)=(f'y)(x,y)=0,得到驻点(√3,√3)
容易验证这是极小值点(求二阶偏导),不存在最大值

将(x,y)=(√3,√3)回代,得到tanφ1=tanφ2=tanφ3=√3
此时(tanφ1+tanφ2+tanφ3)/π取最小值3√3/π(此时三角形为正三角形)
所以面积比值的取值范围是[3√3/π,+∞)

由于3/2<3√3/π<2,因此比值不可能为3/2,但可以为2,即:
【结论】不存在该圆的一个外切三角形使其面积为圆面积的3/2倍;存在该圆的一个外切三角形使其面积为圆面积