每日一题[591]一体两面

已知函数$f(x)=\sqrt{10-6\cos x}+\sqrt{\dfrac{17}8-\dfrac{3\sqrt 2}2\sin x}+\sqrt{19-2\sqrt 2\cos x-8\sin x}$,则$f(x)$的最小值为_______.


cover分析与解 先对$f(x)$的各个根式进行配方,尝试寻找几何意义:$$f(x)=\sqrt{(\cos x-3)^2+\sin^2x}+\sqrt{\cos^2x+\left(\sin x-\dfrac{3\sqrt 2}4\right)^2}+\sqrt{(\cos x-\sqrt 2)^2+(\sin x-4)^2},$$因此$f(x)$表示单位圆上的点$P(\cos x,\sin x)$到点$A(3,0)$,$B\left(0,\dfrac{3\sqrt 2}4\right)$,$C(\sqrt 2,4)$的距离之和.屏幕快照 2016-08-04 下午3.59.43如图,注意到原点$O$到直线$AB:\dfrac 13x+\dfrac {2\sqrt 2}3y=1$的距离为$$\dfrac{1}{\sqrt{\left(\dfrac 13\right)^2+\left(\dfrac{2\sqrt 2}3\right)^2}}=1,$$于是直线$AB$与单位圆相切,设切点为$T$.又$OC$的斜率为$2\sqrt 2$,$AB$的斜率为$-\dfrac{\sqrt 2}4$,于是$OC\perp AB$.又因为$OT\perp AB$,所以$O,C,T$三点共线,从而有$PA+PB\geqslant TA+TB$,且$PC\geqslant TC$,因此所求的最小值为$$\begin{split} TA+TB+TC=&AB+TC\\=&\dfrac{9\sqrt 2}4+\dfrac{\dfrac 13\cdot \sqrt 2+\dfrac{2\sqrt 2}3\cdot 4-1}{\sqrt{\left(\dfrac 13\right)^2+\left(\dfrac{2\sqrt 2}3\right)^2}}\\=&\dfrac{21\sqrt 2}{4}-1.\end{split} $$ 由于$P$点位置被单位圆限定,因此不是费马点问题,此时应该画较为准确的图以便发现图形的特殊性.

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