设四边形 四边的长 ,,, 一定,求证:只有当它内接于圆时才有最大面积。
参考解答
析 本题为四边形面积最值问题,采用代数法证明。将四边形分割为两个三角形,利用面积公式和余弦定理建立关系,通过平方相加消去角度变量,分析最值条件。关键结论:当对角互补时面积最大,此时四边形内接于圆。
证明:
设 ,,,,,,则四边形 的面积为:
由余弦定理有:
两式相减得:
由 (1) 得:
(2)、(3) 平方相加,得:
即:
由于 ,,, 均为定值,故当 时, 达到最大值。此时 ,它表明四边形 对角互补,故内接于圆。
【点评】 本题用代数法证明四边形面积最值问题,关键步骤:(1) 分割四边形为两个三角形;(2) 用面积公式表示总面积;(3) 对公共对角线用余弦定理建立等式;(4) 平方相加消去角度变量;(5) 分析 的最值条件。此题体现了代数变形的技巧,结论优美:四边形四边固定时,内接于圆时面积最大。此结论可推广到 边形。
拓展思考:
1. 能否用几何法(如调整法)证明此结论?
2. 圆内接四边形的面积公式(Brahmagupta 公式)是什么?如何推导?
3. 对于 边形,当各边长固定时,何时面积最大?