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费马点问题
1-1.如左图,0O为等边6ABC的外接圆,P为劣弧B--C上一点,求证:PA=
PB+PC.
1-2.
1-2.如右图,P为等边6ABC所在平面上的任意一点,求证PA≤PB+PC.
如图,P在6ABC所在平面上,若6ABC的三个内角均小于120?,试证:
当PA+PB+PC达到最小值时,有∠APB=∠BPC=∠CPA=120?.(费马点问题)
如图,直线l为一条供水管道,点A、B为l同侧的两个居民区,A到l的距离AAt=1,B到l的距离BBt=2,AtBt=2;现在需要规划一套连接A、B与l的供水管道系统,希望铺设管道的总距离尽可能小,施工队三个工作人员提出了以下三套方案:
直接连接折线At→A→B,AtA+AB即为最佳方案;
在直线l上合适位置找一点P,当PA+PB最短时即为最佳方案;
在直线l外合适位置找一点P,连接PA、PB并向直线l作垂线PPt,
当PA+PB+PPt最短时即为最佳方案;
请你选择你认为最佳的方案并说明理由,求出你所选择的最佳方案需要铺设管
道的总长度.
4-1.如左图,四边形ABPC内接于0O,连接PA、BC,
试证:AB·PC+AC·PB=BC·PA.
4-2.如右图,平面上任意四点ABPC,连接PA、BC,
试证:AB·PC+AC·PB≥BC·PA.
(托勒密定理的等式形式与不等式形式,不等式形式对千空间中四点仍成立)
5.如图,边长为1的正方形ABCD内一点P,求PA+2PB+√5PC的最小值.(加权费马点问题举例)
费马点问题解答
1-1.如左图,0O为等边6ABC的外接圆,P为劣弧B--C上一点,求证:PA=
PB+PC.
1-2.
1-2.如右图,P为等边6ABC所在平面上的任意一点,求证PA≤PB+PC.
1-1.证明:在AP上取点Pt,使PB=PPt,∠BPA=∠BCA=60?,知等
边6BPPt,故∠ABPt=∠CBP,6ABPt~=6CBP(SAS),因此PA=
PPt+PtA=PB+PC.
1-2.证明:将6BPC绕点B旋转60?至6BPtA,易知等边6BPPt,因此PA≤
PPt+PtA=PB+PC.
2.如图,P在6ABC所在平面上,若6ABC的三个内角均小于120?,试证:
当PA+PB+PC达到最小值时,有∠APB=∠BPC=∠CPA=120?.(费马点问题)
证明:以BC为边,向下作等边6BCD,AD交6BCD外接圆于点P;对平面上任意一点Pt,由上一题中的结论知PtA+PtB+PtC≥PtA+PtD≥AD,当且仅当Pt与P重合时,不等式取等号,此时显然有∠APB=∠BPC=∠CPA=120?.
注意,当6ABC某个内角,例如∠BAC,大于120?时,P在A点处时PA+PB+PC取得最小值,满足此条件的点P称为6ABC的费马点.我们可以以任意一边为基础向外作等边三角形,求出这个最小值,需要注意的是,在不同的边作等
边三角形时的计算复杂度有可能不同.
3.如图,直线l为一条供水管道,点A、B为l同侧的两个居民区,A到l的距离AAt=1,B到l的距离BBt=2,AtBt=2;现在需要规划一套连接A、B与l的供水管道系统,希望铺设管道的总距离尽可能小,求最佳方案需要铺设管道的总长度.
0解:以AB为边向上作等边6ABC,其外接圆交CPt⊥l于P0,对于平面上任意一点P,PPt⊥l,由第一题的结论,我们有PA+PB+PPt≥PC+PPt≥
0
CPt=P0Pt+P0C=P0A+P0B+P0C,即CP0.为铺设管道的最小总长度.
0 0
0下面我们用轨迹法来求CPt的长度.
0
作AB0⊥BBt,以AB0为边向上作等边6AB0C0,(由6AB0B~=6AC0C)易知
0当点B由B0→B时,点C由C0→C,作CH⊥CPt,易知∠CC0H=30?,因
0
此有CPt=CH+HPt=1CC+CCt=1+1+√3=1.5+√3.
0 0 2 0 00 2
4-1.如左图,四边形ABPC内接于0O,连接PA、BC,
试证:AB·PC+AC·PB=BC·PA.
4-2.如右图,平面上任意四点ABPC,连
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