在面积为2的三角形ABC中,E,F分别是AB,AC的中点,点P在直线EF上,则向量PC*PB+BC2的最小值是.

问题描述:

在面积为2的三角形ABC中,E,F分别是AB,AC的中点,点P在直线EF上,则向量PC*PB+BC2的最小值是.

向量PB=2向量PE-向量PA,
向量PC=2向量PF-向量PA,
向量PB*向量PC+向量BC^2= 向量PA^2+3/4向量BC^2>=1/4h^2+3/4BC^2(h为BC边上的高)
>=1/4 * 2 * 根号3*h*BC =2* 根号3(因为面积为2,所以h*BC =4)

∵E、F是AB、AC的中点,∴EF到BC的距离=点A到BC的距离/2,
∴△ABC的面积=2△PBC的面积,而△ABC的面积=2,∴△PBC的面积=1,
又△PBC的面积=(1/2)PB×PCsin∠BPC,∴PB×PC=2/sin∠BPC.
由向量夹角公式,有:cos∠BPC=向量CP·向量BP/(|向量CP||向量BP|),
∴向量CP·向量BP=PB×PCcos∠BPC=2cos∠BPC/sin∠BPC.
由余弦定理,有:BC^2=BP^2+CP^2-2BP×CPcos∠BPC.
显然,BP、CP都是正数,∴BP^2+CP^2≧2BP×CP,∴BC^2≧2BP×CP-2BP×CPcos∠BPC.
∴向量CP·向量BP+BC^2
≧2cos∠BPC/sin∠BPC+2BP×CP-2BP×CPcos∠BPC
=2cos∠BPC/sin∠BPC+4/sin∠BPC-4cos∠BPC/sin∠BPC
=(4-2cos∠BPC)/sin∠BPC.
令∠BPC=2x,则:
向量CP·向量BP+BC^2
≧[4(cosx)^2+4(sinx)^2-2(cosx)^2+2(sinx)^2]/(2sinxcosx)
=[(cosx)^2+3(sinx)^2]/(sinxcosx)
=cosx/sinx+3sinx/cosx.
在△PBC中,显然有:0°<∠BPC<180°,∴0°<2x<180°,∴0°<x<90°,
∴cosx、sinx都是正数,∴cosx/sinx+3sinx/cosx≧2√3,∴向量CP·向量BP+BC^2≧2√3.
∴向量CP·向量BP+BC^2的最小值为2√3.