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.
答案解析:在图(2)中连接DP,由折叠可知AD=PD,根据等边对等角可得∠BAP=∠APD,又∠BDP为三角形ADP的外角,若设∠BAP为θ,则有∠BDP为2θ,再设AD=PD=x,由AB=AD+DB=BD+DP=10,可知BD为10-x,在等边三角形ABC中,∠ABP为60°,根据三角形的内角和定理可得∠APB=180°-∠ABP-∠BAP,用θ表示出∠APB为120°-θ,进而表示出∠DPB为120°-2θ,在三角形BDP中,由表示出的BD,DP,以及sin∠BDP,sin∠DBP,利用正弦定理列出关于x的方程,表示出x,根据θ的范围,得出120°-2θ的范围,根据正弦函数的图象与性质得出正弦函数的最大值,进而得出x的最小值,即为AD的最小值.
考试点:正弦定理.

知识点:此题考查了折叠的性质,三角形的外角性质,正弦定理,正弦函数的定义域与值域,以及特殊角的三角函数值,熟练掌握性质及定理是解本题的关键.