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二次関数と図形と計量の融合★★★高校 ・ 数I・A

角一定の三角形の面積最大値

by 匿名ユーザー

問題

三角形ABCにおいて ∠A=60∘\angle A=60^\circ、AB+AC=8AB+AC=8 とする。辺BCの長さが最小となるときのABAB, ACACの値とそのときのBCの長さを求めよ。また、三角形ABCの面積の最大値を求めよ。

解答

AB=AC=4AB=AC=4 のときBCは最小値 44 をとる(このとき三角形は正三角形)。面積の最大値は 434\sqrt3。

解説

AB=cAB=c, AC=bAC=b とおくと b+c=8b+c=8。余弦定理より BC2=b2+c2−bc=(b+c)2−3bc=64−3bcBC^2=b^2+c^2-bc=(b+c)^2-3bc=64-3bc。bc=b(8−b)=−(b−4)2+16bc=b(8-b)=-(b-4)^2+16 は b=4b=4(c=4c=4)のとき最大値16をとり、BC2BC^2はbcbcの減少関数なので BC2=64−48=16BC^2=64-48=16、BC=4BC=4(最小値)。このとき三角形ABCは一辺4の正三角形である。面積は S=34bcS=\dfrac{\sqrt3}{4}bc でbcbcの増加関数なので、bcbcが最大のb=c=4b=c=4のとき最大となり、Smax⁡=34×16=43S_{\max}=\dfrac{\sqrt3}{4}\times16=4\sqrt3。

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