每日一题[1648]代数与几何

已知 $x,y,z$ 是正数,且满足$$\begin{cases} x^2+y^2+xy=3,\\ y^2+z^2+yz=4,\\ z^2+x^2+zx=7.\end{cases}$$求 $x+y+z$.

答案    $\sqrt{13}$.

解析

几何方法

利用余弦定理构造,即求边长分别为 $\sqrt 3,\sqrt 4,\sqrt 7$ 的三角形的费马点到三个顶点的距离之和.

如图作正三角形,可得\[x+y+z=\sqrt{3+4-2\cdot \sqrt 3\cdot \sqrt 4\cdot \cos\dfrac{5\pi}6}=\sqrt {13}.\]

代数方法

将原式两两相减并整理可得\[\begin{cases} (x+y+z)(z-x)=1,\\ (x+y+z)(x-y)=3,\\ (x+y+z)(z-y)=4,\end{cases}\implies \begin{cases} x=\dfrac 3t+\dfrac2{3t},\\ y=\dfrac t3-\dfrac7{3t},\\ z=\dfrac t3+\dfrac 5{3t},\end{cases}\]其中 $t=x+y+z$($t>\sqrt 7$),将其代入 $x^2+y^2+xy=3$ 整理可得\[t^4-14t^2+13=0\implies t=\sqrt{13}.\]

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