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问题: 一道数学题

如图,已知正三角形ABC边长为a,当点P在三角形ABC的外接圆⌒AB上移动时,求三角形PAC的面积+三角形PAB的面积的最大值
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解答:

解题思路:
1) 首先,看到这个题,很容易想到,P点在圆弧上游走,⌒BC对应的2个角∠BPC=∠BAC=60°
2) 其次,非常重要,同样的,⌒PA对应的2个角∠PBA=∠PCA
3) 接着,根据具体情况,分析到底使用哪个公式计算2个三角形的面积最合适?以△PBA为例,其中边长AB已知,而边长PB似乎比PA更容易计算,并且∠PBA显然也可以与∠PCA相呼应,而∠PAB则很难产生更多的联想
4) 最后,重新整理思路,很显然,利用1/2*a*b*sinC的面积公式,最容易求出△PBA和△PCA的面积,最后归结到如何求出PB、PC即可

解题步骤:
1) 假设∠PBA=∠PCA=φ,等边△ABC的边长AB=AC=BC=1

2) 由正弦定理可知,PB:sin∠PCB=PC: sin∠PBC=BC:sin∠BPC

3) 由于∠BPC=∠BAC=60°,
∠PCB=∠BCA-∠PCA=60°-φ,
∠PBC=∠ABC+∠PBA=60°+φ

4) 得到PB=BC* sin∠PCB/sin∠BPC=sin(60°-φ)/sin60°
PC=BC*sin∠PBC/sin∠BPC=sin(60°+φ)/sin60°

5) 而2个三角形的面积之和:
△PBA+△PCA
=1/2*PB*PA*sin∠PBA+1/2*PC*AC*sin∠PCA
=1/2*sin(60°-φ)/sin60°*sinφ+1/2*sin(60°+φ)/sin60°*sinφ
=1/2* [sin(60°-φ)+ sin(60°+φ)] *sinφ/ sin60°
=1/2*(2sin60°cosφ)*sinφ/ sin60°
=cosφ*sinφ
=1/2*sin2φ

6) 很显然,当φ=45°时,△PBA与△PCA面积之和为最大