首页 › 模拟试题 › 立体几何 › 以正方形一边为斜边向外作直角三角形,再以该直角三角形的两直角...

以正方形一边为斜边向外作直角三角形,再以该直角三角形的两直角边分别向外作正方形

以正方形一边为斜边向外作直角三角形,再以该直角三角形的两直角边分别向外作正方形

⟨注⟩ 原 doc 的文字部分全部为 GDI 重叠片段,仅图形与少量关系式可辨认,题干与选项按片段逻辑重建,请对照原文核对。

题目(重建). 如图,以正方形一边为斜边向外作直角三角形,再以该直角三角形的两直角边分别向外作正方形. 设 $\angle 1=\angle 2=\angle 3=\alpha$,四个小正方形的面积分别为 $S_{A}$、$S_{B}$、$S_{C}$、$S_{D}$,两直角三角形的直角边分别为 $a$、$b$、$c$、$d$,则下列关系成立的是 .

图形

解析(按片段重建)

设大正方形边长为 $L$,各直角三角形的锐角为 $\alpha$,则两直角边分别为 $L\sin\alpha$、$L\cos\alpha$,故

$$S_{A}=a^{2}=L^{2}\sin^{2}\alpha,\qquad S_{B}=b^{2}=L^{2}\cos^{2}\alpha$$

即每个直角三角形两侧正方形面积之和等于大正方形面积:

$$S_{A}+S_{B}=L^{2},\qquad S_{C}+S_{D}=L^{2}$$

关系一.

$$S_{A}+S_{D}=S_{B}+S_{C}$$

将 $S_{B}=L^{2}-S_{A}$、$S_{D}=L^{2}-S_{C}$ 代入,化简得等价条件 $S_{A}=S_{C}$.

关系二.

$$S_{A}\cdot S_{D}=S_{B}\cdot S_{C}$$

即 $S_{A}(L^{2}-S_{C})=(L^{2}-S_{A})S_{C}$,同样等价于 $S_{A}=S_{C}$.

两条件互为等价,本质都是"两个直角三角形全等(锐角相等)".

关系三(不等式). 由基本不等式,当 $S_{A}=S_{D}$ 时取等:

$$S_{A}+S_{D}\geq 2\sqrt{S_{A}S_{D}}=2S_{B}\ \langle\text{当}\ S_{A}S_{D}=S_{B}^{2}\ \text{时}\rangle$$

以及片段中出现的比较关系 $S_{D}+S_{A}<2S_{C}$(在 $S_{A}\neq S_{C}$ 的一侧情形).

⟨注⟩ 片段中另见 $S_{A}\cdot S_{D}=S_{B}\cdot S_{C}$、$\dfrac{S_{A}}{S_{B}}=\dfrac{\sin^{4}\alpha}{\cos^{4}\alpha}$ 等式样,与上述推导一致;具体选项设置无法从重叠片段恢复,待核对原文。

上一篇 三角形ABC面积 四边形MNPQ为面积为2的正方形 下一篇 2023年03月22日数学作业