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PX Formula

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适用问题

问题图示

在 △ACB\triangle ACB 中,∠ACB=α\angle ACB=\alpha,AB=aAB=a(α\alpha,aa 均为定值),求 mAC+nBCmAC+nBC 的最大值。

结论: (mAC+nBC)max=n2+2mncos⁡α+m2sin⁡α⋅a(mAC + nBC)_{\text{max}} = \frac{\sqrt{n^2 + 2mn\cos\alpha + m^2}}{\sin\alpha} \cdot a。

推导过程: 将原式转化为 m(AC+nmBC)m\left(AC + \frac{n}{m}BC\right)。

(i) nm>−cos⁡α\frac{n}{m} > -\cos\alpha

延长 ACAC 至 DD,使得 CD=nmBCCD = \frac{n}{m}BC,作 BH⊥ADBH \perp AD,如图:

图示1

令 λ=nm\lambda = \frac{n}{m}, CH=BC⋅(−cos⁡α)CH = BC \cdot (-\cos\alpha), DH=CD−CH=(λ+cos⁡α)BCDH = CD - CH = (\lambda + \cos\alpha)BC。

BH=BC⋅sin⁡αBH = BC \cdot \sin\alpha。

∴tan⁡∠ADB=HBDH=sin⁡αλ+cos⁡α\therefore \tan\angle ADB = \frac{HB}{DH} = \frac{\sin\alpha}{\lambda + \cos\alpha}, (⇔∠ADB=arctan⁡sin⁡αλ+cos⁡α)(\Leftrightarrow\angle ADB = \arctan\frac{\sin\alpha}{\lambda + \cos\alpha})。

可以求出 sin⁡∠ADB=sin⁡αλ2+2λcos⁡α+1\sin\angle ADB = \frac{\sin\alpha}{\sqrt{\lambda^2 + 2\lambda\cos\alpha + 1}}。

∠ADB\angle ADB 为定角,ABAB 为定弦 ⇒\Rightarrow DD 在 △ADB\triangle ADB 的外接圆上运动。

则 △ADB\triangle ADB 的外接圆半径的 22 倍 2r=ABsin⁡∠ADB=asin⁡α⋅λ2+2λcos⁡α+12r = \frac{AB}{\sin\angle ADB} = \frac{a}{\sin\alpha} \cdot \sqrt{\lambda^2 + 2\lambda\cos\alpha + 1}。

∵AD≤2r\because AD \leq 2r

∴ADmax=λ2+2λcos⁡α+1sin⁡α⋅a\therefore AD_{\text{max}} = \frac{\sqrt{\lambda^2 + 2\lambda\cos\alpha + 1}}{\sin\alpha} \cdot a。

(ii) nm<−cos⁡α\frac{n}{m} < -\cos\alpha

延长 ACAC 至 DD,使得 CD=nmBCCD = \frac{n}{m}BC,作 BH⊥ADBH \perp AD,如图:

图示2

令 λ=nm\lambda = \frac{n}{m},CH=BC⋅(−cos⁡α)CH = BC \cdot (-\cos\alpha), DH=CH−CD=(−λ−cos⁡α)BCDH = CH - CD = (-\lambda - \cos\alpha)BC。

BH=BC⋅sin⁡αBH = BC \cdot \sin\alpha。

∴tan⁡∠HDB=HBDH=−sin⁡αλ+cos⁡α\therefore \tan\angle HDB = \frac{HB}{DH} = -\frac{\sin\alpha}{\lambda + \cos\alpha}。

∴tan⁡∠ADB=−tan⁡∠DHB=sin⁡αλ+cos⁡α\therefore \tan \angle ADB = -\tan \angle DHB = \frac{\sin\alpha}{\lambda + \cos\alpha} (⇔∠ADB=arctan⁡sin⁡αλ+cos⁡α)(\Leftrightarrow \angle ADB = \arctan \frac{\sin\alpha}{\lambda + \cos\alpha})

∠ADB\angle ADB 为定角,ABAB 为定弦 ⇒\Rightarrow DD 在 △ADB\triangle ADB 的外接圆上运动。

可以求出 sin⁡∠ADB=sin⁡αλ2+2λcos⁡α+1\sin\angle ADB = \frac{\sin\alpha}{\sqrt{\lambda^2 + 2\lambda\cos\alpha + 1}}。

则 △ADB\triangle ADB 的外接圆半径的 22 倍 2r=ABsin⁡∠ADB=asin⁡α⋅λ2+2λcos⁡α+12r = \frac{AB}{\sin\angle ADB} = \frac{a}{\sin\alpha} \cdot \sqrt{\lambda^2 + 2\lambda\cos\alpha + 1}。

∵AD≤2r\because AD \leq 2r

∴ADmax=λ2+2λcos⁡α+1sin⁡α⋅a\therefore AD_{\text{max}} = \frac{\sqrt{\lambda^2 + 2\lambda\cos\alpha + 1}}{\sin\alpha} \cdot a。

延长 ACAC 至 DD,使得 CD=nmBCCD = \frac{n}{m}BC,作 BH⊥ADBH \perp AD,如图:

图示3

令 λ=nm\lambda = \frac{n}{m}。

CH=BC⋅cos⁡αCH = BC \cdot \cos\alpha,DH=CD+CH=(λ+cos⁡α)BCDH = CD + CH = (\lambda + \cos\alpha)BC。

BH=BC⋅sin⁡αBH = BC \cdot \sin\alpha。

∴tan⁡∠ADB=HBDH=sin⁡αλ+cos⁡α\therefore \tan\angle ADB = \frac{HB}{DH} = \frac{\sin\alpha}{\lambda + \cos\alpha}, (⇔∠ADB=arctan⁡sin⁡αλ+cos⁡α)(\Leftrightarrow\angle ADB = \arctan\frac{\sin\alpha}{\lambda + \cos\alpha})。

∠ADB\angle ADB 为定角,ABAB 为定弦 ⇒\Rightarrow DD 在 △ADB\triangle ADB 的外接圆上运动。

可以求出 sin⁡∠ADB=sin⁡αλ2+2λcos⁡α+1\sin\angle ADB = \frac{\sin\alpha}{\sqrt{\lambda^2 + 2\lambda\cos\alpha + 1}}。

则 △ADB\triangle ADB 的外接圆半径的 22 倍 2r=ABsin⁡∠ADB=asin⁡α⋅λ2+2λcos⁡α+12r = \frac{AB}{\sin\angle ADB} = \frac{a}{\sin\alpha} \cdot \sqrt{\lambda^2 + 2\lambda\cos\alpha + 1}。

∵AD≤2r\because AD \leq 2r

∴ADmax=λ2+2λcos⁡α+1sin⁡α⋅a\therefore AD_{\text{max}} = \frac{\sqrt{\lambda^2 + 2\lambda \cos\alpha + 1}}{\sin\alpha} \cdot a。

综上,(AC+nm⋅BC)max⁡=ADmax⁡=λ2+2λcos⁡α+1sin⁡α⋅a(AC+\frac{n}{m}\cdot BC)_{\max}=AD_{\max}=\frac{\sqrt{\lambda^2+2\lambda\cos\alpha+1}}{\sin\alpha} \cdot a。

⇔(m⋅AC+n⋅BC)max=m⋅ADmax=m2+2mncos⁡α+n2sin⁡α⋅a\Leftrightarrow(m\cdot AC+n\cdot BC)_{\text{max}}=m\cdot AD_{\text{max}}=\frac{\sqrt{m^2+2mn\cos\alpha+n^2}}{\sin\alpha}\cdot a。


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