在三棱锥 D−ABC 中,已知 AB=2,→AC⋅→BD=−3.设 AD=a,BC=b,CD=c,则 c2ab+1 的最小值为______.
正确答案是2.
分析与解 思路一 根据题意,有→AB=→AD+→DB=→AD−→BC−→CD→AC=→AD−→CD→BD=→BC+→CD,记 →AD,→BC,→CD 分别为 x,y,z,则(x−y−z)2=4,(x−z)⋅(y+z)=−3,即x2+y2+z2−2x⋅y−2x⋅z+2y⋅z=4,x⋅y−y⋅z+x⋅z−z2=−3,因此x2+y2−z2=−2,从而c2ab+1=z2|x|⋅|y|+1=|x|2+|y|2+2|x|⋅|y|+1⩾2,等号当且仅当 |x|=|y|,即 a=b 时取得.因此所求的最小值为 2.
思路二 分别记 →DA,→DB,→DC 为 x,y,z,则根据题意,有x2−2x⋅y+y2=4,y⋅z−x⋅y=3,所求代数式c2ab+1=z2|x|⋅|y−z|+1.注意到(x2−2x⋅y+y2)−2(y⋅z−x⋅y)=x2−2y⋅z+y2=−2,于是c2ab+1=z2+x2−2y⋅z+y2+2|x|⋅|y−z|+1=|x|2+|y−z|2+2|x|⋅|y−z|+1⩾2,等号当 |x|=|y−z| 时,也即 AD=BC 时取得.因此所求的最小值为 2.
思路三 分别记 →AB,→AC,→BD 为 x,y,z,则x2=4,y⋅z=−3,而c2ab+1=(x−y+z)2|x+z|⋅|y−x|+1=(x+z)2−2y⋅(x+z)+y2|x+z|⋅|y−x|+1=(x+z)2+(x−y)2−x2−2y⋅z|x+z|⋅|y−x|+1=(x+z)2+(x−y)2+2|x+z|⋅|y−x|+1⩾2,等号当 |y−x|=|x+z| 时,即 a=b 时取得.因此所求的最小值为 2.