平面内四点两两连线形成的六条线段的长度只有两种不同的取值a,b(a>b),求ab的所有可能的值.
分析与解 先不考虑a>b,分两种情形讨论.
第一种情形,其中存在三个点A,B,C构成正三角形.
此时考虑第四个点D到A,B,C的距离,只有可能为(a,a,b),(a,b,b),(b,b,b)三种,对应的不同情形有四种,如图.此时所对应的比值有√3,√6+√22.
第二种情形,其中不存在任何三点构成正三角形.
此时考虑取其中三点构成的4个三角形,必然存在两个三角形全等(因为只有三边长分别为a,a,b和a,b,b的两种三角形,根据抽屉原理即得).这两个全等的三角形显然均为等腰三角形,它们或者共底,或者共腰.
若全等的三角形共底AB,那么剩余的两个顶点必然在AB的垂直平分线上.显然AC=AD=BC=BD(否则AC=AB或AD=AB,将构成等边三角形),进而AB=CD(否则△ACD为等边三角形),于是四边形ACBD为正方形,如图.此时对应的比值为√2.
若全等的三角形共腰AB,此时C,D或者关于AB对称(筝形),或者关于AB的垂直平分线对称(等腰梯形),或者关于AB的中点对称(平行四边形).若C,D关于AB对称,那么CD=AB,则△ACD或△BCD为等边三角形,矛盾;若C,D关于AB的垂直平分线对称,则有两种情形;若C,D关于AB的中点对称,那么CD=AB,此时四边形ACBD为矩形,且AC,BC,AB两两不等,矛盾.此时对应的比值为√5+12.
综上所述,所有可能的ab的值为√3,√6+√22,√2,√5+12.