弦图及推广图在某些三角形面积最大值中的应用 弦图由我国三国时期数学家赵爽发现与研究的,由四个全等的直角三角形拼成的内外都为正方形(外正方形的边为直角三角形的斜边)的一个图形,如下图 1、弦(斜边)在外的弦图称为外弦图,如下图 2 中的弦在内的弦图称为内弦图
弦图一般用来证明勾股定理之外,笔者研究发现还可以用来求某些直角三角形面积最大值问题
(1)求斜边为 4 的直角三角形面积的最大值; (2)求直角边之和为 4 的直角三角形面积的最大值
解:(1) 如图 3,取 4 个这样的全等直角三角形组 成 外 弦 图 , 直 角 三 角 形 面 积 等 于 外 正 方 形 的 面 积减去内正方形面积的差再除以 4 的结果
外正方形的面积为 16,当这种这种直角三角形的两条直角边相等时,内正方形的面积为 0,直角三角形的面积最大, 故斜边为 4 的直角三角形面积最大值为:16÷4=4
(2)如图 4,取 4 个这样的全等直角三角形组成 内 弦 图 , 同 样 , 直 角 三 角 形 面 积 等 于 外 正 方 形 的 面 积 减 去 内 正 方 形 面 积 的 差 再 除 以 4 的 结 果
外正方形的面积为 16,当内正方形的半径最小时,内正方形的面积取得最小值,而内正方形的半径最小值为 2,此时直角三角形的两边相等,故直角三角形的面积最大值为:×2×2=2
分析与反思:这 2 道问题略有不同,差别在于已知条件的不同,一个是斜边为定值,一个是直角边之和为定值,因而选择不同的弦图,那么为什么要选择弦图来解决这类问题呢
当然这 2 个问题的解决还有许多方法,不一一列举了,经过观察,我们能发现,首先,直角三角形最大角是直角,正多边形内角为直角的仅仅是正方形,而且,直角三角形两个锐角之和也为直角,因此,此类问题都可以运用弦图来解决
拓展:既然这类直角三角形面积最大值问题可以用