已知椭圆:xx/4+yy/3=1,A,B,C是椭圆上的三个动点,求三角形ABC面积的最大值
时间: 2023-05-28 11:03:45 浏览: 207
已知三点坐标求三角形面积-Java算法
通过观察椭圆方程,我们可以将其标准化为:
$$\frac{x^2}{a^2}+\frac{y^2}{b^2}=1$$
其中$a=2$,$b=\sqrt{3}$。
接下来,我们考虑三角形的面积。由于三角形的底边在$x$轴上,我们可以将其设为$AB$,高为$h$。则三角形的面积为:
$$S=\frac{1}{2}AB\times h$$
同时,我们注意到$BC$和$AC$在椭圆上的长度是一定的,即$BC+AC$是一个定值。因此,我们可以将三角形的底边$AB$表示为$BC+AC$,即:
$$AB=BC+AC$$
接下来,我们考虑如何求出$h$。根据三角形的面积公式,我们有:
$$h=\frac{2S}{AB}=\frac{4S}{BC+AC}$$
因此,我们只需要求出$BC$和$AC$的值,就可以求出$h$。考虑到$B$和$C$在椭圆上的位置是不确定的,我们可以将$B$和$C$的坐标表示为:
$$B=(a\cos\theta,b\sin\theta),\ C=(-a\cos\theta,-b\sin\theta)$$
其中$\theta$是一个参数。由于$B$和$C$在椭圆上,我们有:
$$\frac{\cos^2\theta}{a^2}+\frac{\sin^2\theta}{b^2}=1$$
将$a=2$,$b=\sqrt{3}$代入,得到:
$$\cos^2\theta+\frac{1}{3}\sin^2\theta=4$$
移项并整理,得到:
$$\sin^2\theta=12-3\cos^2\theta$$
接下来,我们考虑如何求出$BC$和$AC$。根据两点之间的距离公式,我们有:
$$BC=\sqrt{(a\cos\theta+a)^2+b^2\sin^2\theta}=\sqrt{(2\cos\theta+2)^2+3(12-3\cos^2\theta)}$$
$$AC=\sqrt{(a\cos\theta-a)^2+b^2\sin^2\theta}=\sqrt{(2\cos\theta-2)^2+3(12-3\cos^2\theta)}$$
因此,我们可以将$h$表示为:
$$h=\frac{4S}{\sqrt{(2\cos\theta+2)^2+3(12-3\cos^2\theta)}+\sqrt{(2\cos\theta-2)^2+3(12-3\cos^2\theta)}}$$
现在,我们要求出$h$的最大值。对于一个固定的$\theta$,$h$是一个实数。因此,我们可以使用微积分的方法来求出$h$的最大值。对$h$求导并令其等于$0$,得到:
$$\frac{d}{d\theta}h=\frac{24\sin\theta\cos\theta}{(\sqrt{(2\cos\theta+2)^2+3(12-3\cos^2\theta)}+\sqrt{(2\cos\theta-2)^2+3(12-3\cos^2\theta)})^2}=0$$
化简得到:
$$\sin\theta\cos\theta=0$$
因此,$\theta$的取值只有两种可能:$\theta=0$或$\theta=\frac{\pi}{2}$。对于这两种情况,我们可以计算出$h$的值:
$$h(0)=\frac{4S}{\sqrt{13}+5},\ h\left(\frac{\pi}{2}\right)=\frac{4S}{4\sqrt{3}}=\frac{\sqrt{3}}{3}S$$
因此,当$\theta=0$时,$h$的最大值是$\frac{4S}{\sqrt{13}+5}$;当$\theta=\frac{\pi}{2}$时,$h$的最大值是$\frac{\sqrt{3}}{3}S$。因此,三角形的面积的最大值是:
$$\max S=\frac{3\sqrt{13}}{26}$$
当且仅当$B$和$C$分别在椭圆的左右焦点上,$A$在椭圆的下焦点上时,三角形的面积达到最大值。
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