每日一题[2483]三足鼎立

如图,正方体 ABCDEFGH 的棱长为 2,在正方形 ABFE 的内切圆上任取一点 P1,在正方形 BCGF 的内切圆上任取一点 P2,在正方形 EFGH 的内切圆上任取一点 P3.求 |P1P2|+|P2P3|+|P3P1| 的最小值与最大值.

答案    最小值为 323,最大值为 36

解析    设 P1(1,cosx,sinx)P2(siny,1,cosy)P3(cosz,sinz,1),题中代数式为 d,则d=cyc(1siny)2+(cosx1)2+(sinxcosy)2cyc(1siny)2+(1cosx)212cyc(2sinycosx)=3212cyc(sinx+cosx)=32cycsin(x+π4)323,

等号当 x=y=z=π4 时取得,因此所求最小值为 323. 另一方面,有d=cyc(1siny)2+(cosx1)2+(sinxcosy)2=cyc42siny2cosx2sinxcosy3cyc(42siny2cosx2sinxcosy)=3182cyc(1+siny)(1+cosx)318=36,
等号当 x=y=z=π 时取得,因此所求最大值为 36

综上所述,|P1P2|+|P2P3|+|P3P1| 的最小值为 323,最大值为 36

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