如图,在边长为10的正三角形纸片ABC的边AB,AC上分别取D,E两点,使沿线段DE折叠三角形纸片后,顶点A正好落在边BC上(设为P),在这种情况下,求AD的最小值.

问题描述:

如图,在边长为10的正三角形纸片ABC的边AB,AC上分别取D,E两点,使沿线段DE折叠三角形纸片后,顶点A正好落在边BC上(设为P),在这种情况下,求AD的最小值.


显然A,P两点关于折线DE对称,
连接DP,图(2)中,可得AD=PD,则有∠BAP=∠APD,
设∠BAP=θ,∠BDP=∠BAP+∠APD=2θ,
再设AD=DP=x,则有DB=10-x,
在△ABC中,∠APB=180°-∠ABP-∠BAP=120°-θ,
∴∠BPD=120°-2θ,又∠DBP=60°,
在△BDP中,由正弦定理知

BD
sin∠BPD
=
DP
sin∠DBP

10−x
sin(120°−2θ)
=
x
sin60°

∴x=
10
3
2sin(120°−2θ)+
3

∵0°≤θ≤60°,
∴0°≤120°-2θ≤120°,
∴当120°-2θ=90°,即θ=15°时,sin(120°-2θ)=1.
此时x取得最小值
10
3
2+
3
=20
3
-30,且∠ADE=75°.
则AD的最小值为20
3
-30.