Question

已知△ABC中，∠C=

π

2

．設(shè)∠CBA=θ，BC=a，它的內(nèi)接正方形DEFG的一邊EF在斜邊AB上，D、G分別在AC、BC上．假設(shè)△ABC的面積為S，正方形DEFG的面積為T．用a，θ表示△ABC的面積S和正方形DEFG的面積T；
設(shè)f(θ)=

T

S

，試求f（θ）的最大值P，并判斷此時△ABC的形狀．

Answer 1

分析：（1）首先在△ABC中利用邊角關(guān)系得出：AC=a•tgθ．進一步得到用a，θ表示△ABC的面積S和正方形DEFG的面積即可；
（2）由（1）可得：f(θ)=

T

S

=

a2sin2θ

(1+sinθcosθ)2

•

2

a2tgθ

 =

2sinθ•cosθ

(1+sinθcos)2

令u=

sin2θ

4

+

1

sin2θ

+1，sin2θ∈(0，1]．利用基本不等式求得最大值即可，最后判斷此時△ABC的形狀．

解答：解：（1）∵在△ABC中，∴∠CBA=θ，BC=a．∴AC=a•tgθ．
∴S=

1

2

•a•atgθ=

a2

2

tgθ，θ∈(0，

π

2

)．…（2分）       設(shè)正方形DEFG邊長為m，
則 CG=mcosθ，BG=

m

sinθ

，∴BC=mcosθ+

m

sinθ

=a．            …（4分）
∴m=

asinθ

1+sinθ•cosθ

，
∴T=m2=

a2sin2θ

(1+sinθ•cosθ)2

，θ∈(0，

π

2

)．   …（6分）
（2）由（1）可得：f(θ)=

T

S

=

a2sin2θ

(1+sinθcosθ)2

•

2

a2tgθ

 =

2sinθ•cosθ

(1+sinθcos)2

…（9分）

= sin2θ 1 4 sin22θ+sin2θ+1        = 1 sin2θ 4 + 1 sin2θ +1 ，θ∈(0， π 2 )，

令u=

sin2θ

4

+

1

sin2θ

+1，sin2θ∈(0，1]．
∵當(dāng)

sin2θ

4

=

1

sin2θ

⇒sin2θ=±2∉(0，1]，
∴當(dāng)sin2θ=1時，u取得最小值，即f（θ）取得最大值．∴f(θ)=

T

S

的最大值為

4

9

．
此時sin2θ=1⇒θ=

π

4

．∴△ABC為等腰直角三角形．             …（12分）

點評：本小題主要考查在實際問題中建立三角函數(shù)模型、三角形的形狀判斷等基礎(chǔ)知識，考查運算求解能力，考查數(shù)形結(jié)合思想、化歸與轉(zhuǎn)化思想．屬于基礎(chǔ)題．