问题 解答题
设G为△ABC的重心,过G的直线l分别交△ABC的两边AB、AC于P、Q,已知
AP
AB
AQ
AC
,△ABC和△APQ的面积分别为S、T.
(1)求证:
1
λ
+
1
μ
=3;
(2)求
T
S
的取值范围.
答案

(1)设

AB
=
c
AC
=
b
连接AG并延长AG交BC于M,此时M是BC的中点.

于是

AM
=
1
2
AB
+
AC
)=
1
2
b
+
c
)   

 

AG
=
1
3
b
+
c

又由已知

AP
AB
c
AQ
AC
b

PQ
=
AQ
-
AP
b
c
c

PG
=
AG
+
PA
=
1
3
b
+
c
)-λ
c
=(
1
3
-λ) 
c
+
1
3
b

因为P、G、Q三点共线,则存在实数t,满足

PG
=t
PQ

所以(

1
3
-λ) 
c
+
1
3
b
=tμ
b
-tλ
c

由向量相等的条件得   

1
3
-λ=-tλ
1
3
=tμ.
消去参数t得,
1
3
1
3
=-
λ
μ

1
λ
+
1
μ
=3.…(6分)

(2)由于△APQ与△ABC有公共角,则

T
S
=
|
AP
|×|
AQ
|
|
AB
|×|
AC
|
=λμ,

由题设有0<λ≤1,0<μ≤1,于是

1
λ
≥1,
1
μ
≥1,

1
λ
=3-
1
μ
≤2,∴1≤
1
λ
≤2,

1
λ
+
1
μ
=3∴μ=
λ 
3λ-1
T
S
=λμ=
λ2
3λ-1
=
1
-
1
λ2
+3
1
λ
=
1
-(
1
λ
-
3
2
)
2
+
9
4
…(12分)

∵1≤

1
λ
≤2,∴当
1
λ
=
3
2
时,-(
1
λ
-
3
2
2+
9
4
有最大值
9
4

λ=1或2时,-(

1
λ
-
3
2
2+
9
4
有最小值2.

T
S
的取值范围为[
4
9
1
2
].…14

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