在△ABC中,AB=2AC,AD是A的角平分线,且AD=kAC.
(1) 求k的取值范围;
(2) 若S△ABC=1,问k为何值时,BC最短?
分析与解 (1)不妨设∠CAB=2θ,则由S△ABD+S△ACD=S△ABC,
得12sinθ⋅AB⋅AD+12sinθ⋅AC⋅AD=12sin2θ⋅AB⋅AC,
于是(AB+AC)⋅AD=2cosθ⋅AB⋅AC,
所以k=43cosθ∈(0,43).
(2)由S△ABC=12⋅2AC⋅AC⋅sin2θ=AC2⋅sin2θ,
得AC2=1sin2θ .于是BC2=AB2+AC2−2AB⋅AC⋅cos2θ=(5−4cos2θ)⋅AC2=5−4cos2θsin2θ.
令y=5−4cos2θsin2θ,则ysin2θ+4cos2θ=5,从而有sin(2θ+φ)=5√y2+16⩽1,
解得y⩾3,于是BC⩾√3.
当tan2θ=34时取到等号,此时cos2θ=45,于是cosθ=3√10,k=43cosθ=2√105.