問題5469・・・やどかりさんのブログ http://blogs.yahoo.co.jp/oka_yadokary/31826021.html より Orz〜
BC=5,CA=6,AB=7 である△ABCを含む平面上の点A以外に点Pをとるとき、
(BP2+CP2)/AP2 の最小値は?
解答
[解答1]
まず、コーシー・シュワルツの不等式により、 (AB2+AC2)(CP2+BP2)≧(AB・CP+AC・BP)2 、 等号は AB:AC=CP:BP のときに成り立ちます。
また、トレミーの定理の拡張より、AC・BP+AB・CP≧BC・AP 、 等号は 点Pが△ABCの外接円の弧BC上にあるときに成り立ちます。
このとき、AP,BCの交点をQとすれば、
△ABQ∽△CPQ より AB:BQ=CP:PQ 、AB=BQ・CP/PQ 、 △ACQ∽△BPQ より AC:CQ=BP:PQ 、AC=CQ・BP/PQ 、
よって、CQ=BQ すなわち QがBCの中点のとき、AB:AC=CP:BP が成り立ちます。
(AB2+AC2)(CP2+BP2)≧(BC・AP)2 、 (CP2+BP2)/AP2≧BC2/(AB2+AC2) です。
等号は点Pが△ABCの外接円の弧BC上にあり、APがBCの中点を通るときです。
本題では BC2/(AB2+AC2)=52/(72+62)=5/17 で、これが最小値になります。
[解答2]
BCの中点をMとし、複素平面上で、A(0),B(b),C(c),M(m),P(1/z) とします。 また、V=(BP2+CP2)/AP2 とします。
V=(|1/z−b|2+|1/z−c|2)・|z|2=|1−bz|2+|1−cz|2
ここで、共役複素数を「 ’(ダッシュ)」で表すことにすれば、
V=(1−bz)(1−b'z')+(1−cz)(1−c'z')=2−bz−cz−b'z'−c'z'+bb'zz'+cc'zz' =2−2(mz+m'z')+(bb'+cc')zz'=2−4・Re(mz)+(|b|2+|c|2)|z|2
ここで、|z| を固定すれば、|mz|=|m||z| は一定だから、 Re(mz) が最大になるのは mz が正の実数 、arg(m)=arg(1/z) 、Pが半直線AM上にあるときで、このとき、
V=2−4・|m||z|+(|b|2+|c|2)|z|2=(|b|2+|c|2){|z|−2・|m|/(|b|2+|c|2)}2+2−4・|m|2/(|b|2+|c|2)
よって、|z|=2・|m|/(|b|2+|c|2) を満たすように半直線AM上に点Pをとれば、
V の最小値は 2−4・|m|2/(|b|2+|c|2)=2−4・AM2/(AB2+AC2) です。
中線定理で、AB2+AC2=2(AM2+BM2)=2・AM2+BC2/2 が成り立つことにも注意し、
2−4・AM2/(AB2+AC2)=2(AB2+AC2−2・AM2)/(AB2+AC2)=BC2/(AB2+AC2) です。
本問では、 52/(62+72)=5/17 になります。
*難しくって...解けず...^^;...熟読玩味ぃ〜☆
ちなみに...わたしのいい加減な間違った解法...Orz...
AP=a BP=x, CP=y x^2+y^2-2xy*cosP=5^2 x^2+y^2=25+2xy*cos(角BPC) 0<=角BPC<=π なので… 右辺の最小は…角BPC=π/2 のときで… x^2+y^2=5^2 つまり… BCを直径とする円Oの周上にPがあるときで… AP=a が最大のとき、与式は最小となるので… APはBCの中点M=円Oの中心を通るとき… a=AM+5/2 のとき最大… パップスの中線定理より…^^; 7^2+6^2=2(AM^2+(5/2)^2) AM=√145/2 AP=a=(√145+5)/2 (BP^2+CP^2)/AP^2 =5^2*2^2/(√145+5)^2 =(85-5√145)/72 ?...^^;
・やどかりさんからのご指摘 Orz〜
0≦∠BPC≦π で、cos∠BPC が最小になるのは、∠BPC=π のときです。
*そうなのよ...^^;...but...それでも気づけなかったのよ...Orz...
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