本题导读
本题考查边角关系,以及基本不等式求最值。
📌【题干】
Question
(2022年甲卷理) 已知 中,点 在边 上,,,.当 取得最小值时, .
🔍【思路分析】
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引入变量(代数化):由于要求 的最小值,且已知 ,自然想到设 ,则 。这样可以将几何长度完全参数化。
两次应用余弦定理:在 和 中,已知两边(包含变量 和常量 )和夹角( 和其补角 ),利用余弦定理分别表示出 和 。
构造目标函数:将目标求最小值的比例转化为平方的比例 ,得到一个关于 的二次分式函数。
代数变形与基本不等式:对二次分式进行“分离常数”处理,将其化为 的形式。利用基本不等式(均值不等式)求出分母的最小值,进而确定整体的最小值,并解出等号成立时的 值。
✅【答案】
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✍【详细解析】
Abstract
1. 设定变量与角度推导:
设 ,由于 ,则 .
点 在 上,已知 ,
则其邻补角 .
2. 利用余弦定理表示边长平方:
在 中,已知 ,,.
根据余弦定理:
AC^2 = AD^2 + CD^2 - 2 \cdot AD \cdot CD \cdot \cos 60^\circ$$$$AC^2 = 2^2 + (2x)^2 - 2 \times 2 \times 2x \times \frac{1}{2}$$$$AC^2 = 4x^2 - 4x + 4
在 中,已知 ,,.
根据余弦定理:
AB^2 = AD^2 + BD^2 - 2 \cdot AD \cdot BD \cdot \cos 120^\circ$$$$AB^2 = 2^2 + x^2 - 2 \times 2 \times x \times (-\frac{1}{2})$$$$AB^2 = x^2 + 2x + 4
3. 构造目标函数并进行代数变形:
要使 取得最小值,等价于使其平方 取得最小值.
为了求该分式的最值,进行“分离常数”操作,配凑分子使其包含分母:
将后面分式的分子、分母同时除以 (因为 ,所以 ):
4. 应用基本不等式求取等条件:
要使 最小,则减数 必须最大,即其分母 必须取得最小值.
因为 ,则 .利用基本不等式:
当且仅当 时,等号成立.
解此等式:.
因为 ,开方得 ,解得 .
此时,取得最小值的自变量 (即 的长度)为 .
5. 结论:
答案填入 .
【解法二】以为原点建立如图所示坐标系,设,
则,
则有
所以
则有,
其中,
此时,
当且仅当时,即时取等号,
即时.取得最小值,
所以
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
核心技巧:
几何代数化:面对“求某线段比值/长度最值”的问题,首要策略是将几何图形放入代数模型中。本题利用 和 的互补特性,完美地将两个三角形通过余弦定理联系起来。
齐次/二次分式的最值通法:处理形如 的最值问题,最高效的方法是分离常数后利用基本不等式(均值不等式)。分子分母同除以 或 是配凑的灵魂。
规律总结:在利用基本不等式 时,必须配凑出“乘积为常数”的结构,如本题中将分母配成 再除以 从而得出互为倒数的结构。
避坑指南:
等号成立条件:在解 时,注意几何意义中的线段长度为正,所以 ,负根 必须舍去。
符号错误:在列 的余弦定理时,,公式中的减号与负号抵消变成加号,这是极易算错导致全盘皆输的细节。
📖【试题探源与推广】
Tip
试题探源:待补
结论推广:待补
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