Question

如圖，公園內(nèi)有一塊邊長(zhǎng)為2a的正三角形ABC空地，擬改建成花園，并在其中建一直道DE方便花園管理．設(shè)D、E分別在AB、AC上，且DE均分三角形ABC的面積．
（1）設(shè)AD=x（x≥a），DE=y，試將y表示為x的函數(shù)關(guān)系式；
（2）若DE是灌溉水管，為節(jié)約成本，希望其最短，DE的位置應(yīng)在哪里？若DE是參觀路線，希望其最長(zhǎng)，DE的位置應(yīng)在哪里？

Answer 1

分析：（1）先根據(jù)S_△ADE=

1

2

S_△ABC求得x和AE的關(guān)系，進(jìn)而根據(jù)余弦定理把x和AE的關(guān)系代入求得x和y的關(guān)系．
（2）根據(jù)均值不等式求得y的最小值，求得等號(hào)成立時(shí)的x的值，判斷出DE∥BC，且DE=

2

a．進(jìn)而可得函數(shù)f（x）的解析式，根據(jù)其單調(diào)性求得函數(shù)的最大值．

解答：解：（1）因?yàn)镈E均分三角形ABC的面積，
所以xAE=

1

2

(2a)2，即AE=

2a2

x

．
在△ADE中，由余弦定理得y=

x2+ 4a4 x2 -2a2

．
因?yàn)?≤AD≤2a，0≤AE≤2a，所以

0≤x≤2a     0≤ 2a2 x ≤2a

解得a≤x≤2a．
故y關(guān)于x的函數(shù)關(guān)系式為y=

x2+ 4a4 x2 -2a2

(a≤x≤2a)．
（2）令t=x²，則a²≤t≤2a²，且y=

t+ 4a4 t -2a2

．
設(shè)f(t)=t+

4a4

t

(t∈[a2，  4a2])．
若a²≤t₁＜t₂≤2a²，則f(t1)-f(t2)=

(t1-t2)(t1t2-4a4)

t1t2

＞0
所以f（t）在[a²，2a²]上是減函數(shù)．同理可得f（t）在[2a²，4a²]上是增函數(shù)．
于是當(dāng)t=2a²即x=

2

a時(shí)，ymin=

2

a，此時(shí)DE∥BC，且AD=

2

a．
當(dāng)t=a²或t=4a²即x=a或2a時(shí)，ymax=

3

a，此時(shí)DE為AB或AC上的中線．
故當(dāng)取AD=

2

a且DE∥BC時(shí)，DE最短；當(dāng)D與B重合且E為AC中點(diǎn)，或E與C重合且D為AB中點(diǎn)時(shí)，DE最長(zhǎng)．

點(diǎn)評(píng)：本題主要考查了基本不等式，以及函數(shù)的單調(diào)型求最值，考查了學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，屬于綜合題．