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[几何] 求三角形一边的取值范围

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lrh2006 Posted 2023-5-1 16:40 |Read mode
(多选)在锐角$\triangle ABC$中,已知AB=4,AC=3,D为边BC上的点,$\angle BAD=\angle CAD$,则线段AD长的可能取值为( )A.$\sqrt{6}$  B.$\sqrt{7}$  C.3.3  D.$2\sqrt{3}$
微信图片_20230501163652.jpg

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Czhang271828 Posted 2023-5-1 17:00
Last edited by Czhang271828 2023-5-1 17:07通过面积法得到 $7\overrightarrow{AD}=4\overrightarrow{AC}+3\overrightarrow{AB}$. 从而
\[
49\cdot \overrightarrow{AD}^2=84+24\cdot 12\cos \angle BAC.
\]
选择题的话, $\overrightarrow {AD}^2\in (12/7, 300/49)$. 其中右端略大于 $300/50=6$. 答案只有 $\sqrt 6$ 符合.  

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kuing Posted 2023-5-1 17:29
角相等即 `AD` 是角平分线,于是有 `BD:DC=AB:AC=4:3`。

现在把 `AB` 边固定不动,则 `C` 的轨迹是一段圆弧(以 `A` 为圆心 `3` 为半径)不含端点(两端点对应两种直角三角形的情形),那么由 `BD:BC=4:7` 可知 `D` 的轨迹同样是一段圆弧,如图:
QQ截图20230501173029.png
下略。

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isee Posted 2023-5-1 21:37
硬算也可行——

记 $\angle BAC=2\alpha$

\[\begin{gathered} S_{\triangle ABC}=S_{\triangle ABD}+S_{\triangle ACD}\\[1em]
\frac12 bc\sin 2\alpha=\frac 12c\cdot AD\sin \alpha+\frac 12 b\cdot AD\sin \alpha\\[1em]
2bc\sin\alpha\cos\alpha=(b+c)AD\sin\alpha\\[1em]
2bc\cos\alpha=(b+c) AD \end{gathered}\]

另一方面
\begin{align*}
\cos\alpha&=\sqrt{\frac {1+\cos 2\alpha}2}\\[1em]
&=\sqrt{\frac {1+\frac {b^2+c^2-a^2}{2bc}}2}\\[1em]
&=\sqrt{\frac {(a+b+c)(-a+b+c)}{4bc}}
\end{align*}

从而
\begin{align*}
AD&=\frac{2bc\cos\alpha}{b+c}\\[1em]
&=\frac{2bc\sqrt{\frac {(a+b+c)(-a+b+c)}{4bc}}}{b+c}\\[1em]
&=\frac{\sqrt{(b+c+a)(b+c-a)bc}}{b+c},
\end{align*}

这便是角分线长公式.

通常记 $a{~}(b,c)$边上的角分线为 $t_a{~}(t_b,t_c)$ 则
\begin{align*}
t_a&=\frac{\sqrt{(b+c+a)(b+c-a)bc}}{b+c}\\[1em]
&=\frac{2\sqrt{p(p-a)bc}}{b+c},{~}p=\frac {a+b+c}2
\end{align*}

代入数值有\[AD=\frac{\sqrt{12(7+a)(7-a)}}7,\]下略.
isee=freeMaths@知乎

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 Author| lrh2006 Posted 2023-5-3 23:58
Czhang271828 发表于 2023-5-1 17:00
通过面积法得到 $7\overrightarrow{AD}=4\overrightarrow{AC}+3\overrightarrow{AB}$. 从而
\[
49\cdot \ov ...
谢谢老师,真的诶,用向量也可以,但是答案是A,B,我算出来的范围跟你一样,不知道哪里有问题

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 Author| lrh2006 Posted 2023-5-4 00:05
kuing 发表于 2023-5-1 17:29
角相等即 `AD` 是角平分线,于是有 `BD:DC=AB:AC=4:3`。

现在把 `AB` 边固定不动,则 `C` 的轨迹是一段圆 ...
谢谢kk,怪不得那个参考答案算了角A和角C是直角的情况,就是为什么D的轨迹同样是一段圆弧呢?

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 Author| lrh2006 Posted 2023-5-4 00:07
isee 发表于 2023-5-1 21:37
硬算也可行——

记 $\angle BAC=2\alpha$
谢谢isee老师,用你的方法算出答案了,就是自己没有耐心这样推导

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kuing Posted 2023-5-4 12:13
lrh2006 发表于 2023-5-4 00:05
谢谢kk,怪不得那个参考答案算了角A和角C是直角的情况,就是为什么D的轨迹同样是一段圆弧呢? ...
给定一圆 O 及定点 P,动点 A 在圆 O 上,点 B 为 PA 中点,你觉得 B 的轨迹是啥?

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 Author| lrh2006 Posted 2023-5-12 21:57
kuing 发表于 2023-5-4 12:13
给定一圆 O 及定点 P,动点 A 在圆 O 上,点 B 为 PA 中点,你觉得 B 的轨迹是啥? ...
嗯嗯明白了,还是我太懒哈哈

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2025-5-31 11:03 GMT+8

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