角三扇形是如何划分面积的?

问题

三分角如何划分面积问题

解决方案1

设$\displaystyle m=\tan\frac{A}{3}.\,$然后$0\ltm\lt\sqrt{3}.,$选择$A=(0,0),\,$$B=(B,-mb),\,$$E=(c,mc),\,$where$B,c,\gt 0,\,$,使$\displaystyle D=\left(\frac{2bc}{B+c},0\right)。\,$我们还得到$BC\,$由$mx(b+c)+y(b-c)=2mbc\,$和$AC\定义,$由$2mx=(1-m^2)y\,$在$c=displaystyle\left(\frac{2(1-m~2)BC}{(3-m^2从这里开始,

$\显示样式\开始{对齐}2[\Delta ABC]&=\left|\begin{array}{ccc}0&0&1 \\b&-mb&1 \\displaystyle\frac{2(1-m^2)bc}{(3-m^2|\\&=\压裂{2mb^2c(3-m^2)}{(3-m~2)b-(1+m^2\结束{align}$

$\displaystyle\开始{对齐}2[\Delta ADE]&=\left|\begin{array}{ccc}0&0&1\\displaystyle\frac{2bc}{b+c}&0&1\\c&mc&1\end{arrays}\right|\\&=\压裂{2mbc^2}{b+c}。\结束{align}$

因此,我们需要证明

$\displaystyle\frac{mb^2c(3-m^2)}{(3-m~2)b-(1+m^2”c}\ge\frac{3mbc^2}{b+c}$

或者,同等地,

$\displaystyle\frac{b(3-m^2)}{(3-m*2)b-(1+m2)c}\ge\frac{3c}{b+c}$

如果我们表示$\displaystyle\frac{b}{c}=\alpha\,$和$\dislaystyle\\frac{1+m^2}{3-m^2{=u,\,$那么$\disposystyle_alpha\gtu\frac}{3}\,$最新的不等式变成$\dispatystyle_cfrac{\alpha}{alpha-u}\ge\frac{3},$等价于$\alpha^2-2\alpha+3\ge0,\,自判别$4(1-3u)以来,明显为真\lt 0$

解决方案2

在$\Delta ABD,\,$$\displaystyle AD=\frac{AB\cdot\sin B}{\displastyle\sin\left(B+\frac{A}{3}\right)}.\,$中使用正弦定律从$\Delta ACE,\,$$\显示样式AE=\frac{AC\cdot\sin C}{\displaystyle\sin\left(C+\frac{A}{3}\right)}.\,$因此

$\显示样式\开始{align}[\Delta ADE]&=\压裂{1}{2} AD公司\cdot不良事件\\&=\frac{1}{2}\cdot\frac{AB\cdot\sin B}{\displaystyle\sin\left(B+\frac{A}{3}\right)}\cdot \frac{AC\cdot\sin C}{\displaystyle\\sin\left(C+\frac{A}{3}\ right)\结束{align}$

和$\显示样式[\Delta ABC]=\frac{1}{2} AB公司\cdot AC\cdot\sin A.,$所需的不等式等价于

$\显示样式\开始{align}&\sin A\cdot\sin\left(B+\frac{A}{3}\right)\cdot\sin\left\\&\frac{1}{2}\sin A\cdot\left(\cos(B-C)-\cos\left(B+C+\frac{2A}{3}\ right)\ right)\\&\qquad\qquad_qquad\\ge\frac{3}{2}\sin\frac{A}{3}[\cos(B-C)-\cos(B+C)]\,\Leftrightarrow\\&\sin A\cdot\左(\cos(B-C)+\cos\frac{A}{3}\右)\\&\qquad\qquad_qquad\\ge3\sin\frac{A}{3}[\cos(B-C)+\cos A]\,\Leftrightarrow\\&\左(3\sin\frac{A}{3}-4\sin^3\frac{A}{3}\right)\left(\cos(B-C)+\cos\frac{A}{3{right)\\&\qquad\qquad_qquad\\ge3\sin\frac{A}{3}(\cos(B-C)+\cos A)\,\Leftrightarrow\\&\左(3-4\sin^2\frac{A}{3}\右)\左(\cos(B-C)+\cos\frac{A}{3{\右)\\&\qqid\qquad\qqie\ge3\cos(B-C)+3\cos A\,\左箭头\\&\左(3-4\左(1-\cos^2\frac{A}{3}\右)\right)\left(\cos(B-C)+\cos\frac{A}{3{\右)\\&\qquad\qquad_qquad\\ge3\cos(B-C)+3\左(4\cos^3\frac{A}{3}-3\cos\frac{A}{3}\right)\,\左右箭头\\&\左(4\cos^2\frac{A}{3}-1\右)\左(\cos(B-C)+\cos\frac{A}{3}\右)\\&\qquad\qquad_qquad\\ge3\cos(B-C)+12\cos^3\frac{A}{3}-9\cos\frac{A}{3}\,\左箭头\\&4\ cos ^2 \ frac{A}{3}\ cos(B-C)-\cos(B-C)+4\ cos ^3 \ frac{A}{3}-\成本\压裂{A}{3}\\&\qquad\qquad_qquad\\ge3\cos(B-C)+12\cos^3\frac{A}{3}-9\cos\frac{A}{3}\,\左箭头\\&8\cos^3\压裂{A}{3}-4\cos^2\frac{A}{3}\cdot\cos(B-C\\&4\左(\cos^2\frac{A}{3}-1\右)\左(2\cdot\cos\frac{A}{3}-\cos(B-C)\右)\le 0\,\左向右箭头\\&4\sin^2\frac{A}{3}\左(2\cdot\cos\frac{A}{3}-\cos(B-C)\右)\ge 0\,\左向右箭头\\&2\cdot\cos\frac{A}{3}-\cos(B-C)\ge 0\;\;(1).&\结束{对齐}$

现在,由于$0\ltA\lt\pi,$$\displaystyle 0\lt\frac{A}{3}\lt\frac{pi}{3{,\,$,并且由于函数$cos\,$严格地减少了$[0,\pi],\,$.我们有$\disposystyle\cos\frac{A}{3}\gt\cos\frac{3}=\frac{1}{2},\。,

(2)

$\显示样式2\cos\frac{A}{3}-1\gt 0$

显然,还有$1-\cos(B-C)\ge 0\,\,(3).\,$结合(2)和(3)可以得出

$\displaystyle2\cos\frac{A}{3}-\cos(B-C)\gt 0$

从而证明了(1)。注意不等式是严格的:$\displaystyle[\Delta ADE]\lt\frac{1}{3}[\Delta-ABC].\,$然而,它无法改进,因为在极限值内,当从$A\,$到$BC\,$的距离增加时,两个区域的比率趋于$displaystyle\frac{1}{3}$

解决方案3

设$\displaystyle x=2[\Delta ABD]=AB\cdot AD\cdot\sin\frac{A}{3},\,$$\dislaystyle y=2[\Delta ADE]=AD\cdot AE\cdot\sin\frac}{3{,\我们有

$x+y+z=2[\Delta ABC]=AB\cdot AC\cdot\sin A$

$\显示样式xz=\ left(AB\cdot AC\cdot\sin\frac{A}{3}\ right)\ left$

注意$\displaystyle\sinA\le3\sin\frac{A}{3}.\,$实际上,考虑函数$\displaystylef(A)=\sinA-3\sin\frac{A}{3}$\显示样式f'(A)=\cos A-\cos\frac{A}{3}\lt 0,\,$cos\,$对于$0\lt A\lt\pi.\,$严格减少由此得出$f(A)\le f(0)=0。\,$若要继续,

$\显示样式xz=\frac{\显示样式\sin\frac{A}{3}}{\sinA}\ge\frac{y(x+y+z)}{3{$

或者,等价地,$\显示样式xyz\gey^2\left(\frac{x+y+z}{3}\right),\,$表示

$\显示样式\左(\frac{x+y+z}{3}\右)^3\ge xyz\ge y^2\左(\frac{x+y+z{3}\right)$

其中$\displaystyle\frac{x+y+z}{3}\gey,\,$是必需的不等式。

解决方案4

设$\theta=\displaystyle\frac{A}{3},\,$$x=AD\,$$y=AE.\,$From$[\Delta ABC]=[\Delta-ABD]+[\Del塔ADC]$

$\显示样式x=\frac{bc\sin3\theta}{b\sin2\theta+c\sin\thetaneneneep$

从$[\Delta ABC]=[\Delta ABE]+[\Delta AEC]$

$\displaystyle y=\frac{bc\sin3\theta}{b\sin\theta+c\sin2\theta}$

来自角平分线的性质,$BD:DE=c:y\,$和$DE:EC=x:b,\,$组合其中$BD:DE:EC=cx:xy:by,\,$implying

$\displaystyle\begin{align}\frac{[\Delta ADE]}{[\Delta ABC]}&=\frac{xy}{cx+xy+by}\\&=\frac{1}{\displaystyle\frac{b}{x}+\frac{c}{y}+1}。\结束{align}$

现在,

$\显示样式\开始{align}\压裂{b}{x}+\frac{c}{y}+1&=\左(\frac}c}+\frac{b}}{c}\right)\cdot\frac{\sin2\theta}{\sin3\theta}+2\frac{sin\theta{{sin3\theta}+1\\&\gt2\cdot\frac{2}{3}+2\cdot\frac{1}{3{1=3。\结束{align}$

不等式是严格的;当$\theta\rightarrow 0^{+}时趋于相等$

解决方案5

三分角如何划分面积?,证明5

对于区域,$\displaystyle\frac{[Delta AED]}{[\Delta ACB]}\le\frac{1}{3}\,$与$\dislaystyle\\frac}[\Delta-ACB]}{\\Delta AED}\ge 3$相同,后者相当于

$\显示样式\开始{align}&\压裂{[\Delta ADB]}{[\Delta AED]}+1+\frac{[\德尔塔ACE]}{\\Delta AED]}\ge 3\,\Longleftrightarrow\\&\压裂{[\Delta ADB]}{[\德尔塔AED]}+\frac{[\Delta ACE]}{\\Delta AED]{\ge 2\,\Longleftrightarrow\\&\压裂{AB}{AE}+\压裂{AC}{AD}\ge2\,\Longleftrightarrow\,\frac{CG}{EC}+\frac{KG}{CG}\ge2。\结束{align}$

$\显示样式\开始{align}\压裂{CG}{EC}+\frac{lambda\cdot EC}{CG}&=\frac{GC}{EC{+\frac{[1+(\lambda-1)]EC}{c}\\&=\frac{GC}{EC}+\frac{EC}{CG}+\frac{(\lambda-1)EC}{c}\ge\frac{GC}{EC}+\frasc{EC}{CG}\ge2。\结束{align}$

确认

解决方案1由Leo Giugiuc提出;解决方案2由玛丽安·库科安什提出;解决方案3由Marian Dincă;解决方案4由Kunihiko Chikaya提供;解决方案5由Hlias Aggelakos提供。

 

|联系人| |向上| |首页| |目录| |几何图形|

版权所有©1996-2018亚历山大·博戈莫尼

71884500