一类二元接龙函数极值问题的构造性解法及推广

来源 :数学学习与研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:w6832793xym
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  函数F(x,y)=c bx ax2 ax2 dxy ey2 ey2 fy g中的后一个根号内的第一项是前一个根号内的末项,从第二项起至倒数第二项止,根号内的第二项是该根号内两个变量积的倍数.把形如这样的函数称之为接龙函数.求这类接龙函数的极值问题,无论是采用常规的初等数学方法,还是采用高等数学的微分法都很难奏效,本文将借助余弦定理,采用数形结合的构造性方法,给出接龙函数F(x,y)=c bx ax2 ax2 dxy ey2 ey2 fy g在给定条件下的最值定理,并加以推广.
  定理1 若a,c,e,g∈R ,且Δ1=4ca-b2≥0,Δ2=4ae-d2≥0,Δ3=4eg-f2≥0.则函数
  F(x,y)=c bx ax2 ax2 dxy ey2 ey2 fy g.
  当x=cg·sin(α β γ)ca·sinα ag·sin(β γ),y=cg·sin(α β γ)eg·sinγ ce·sin(α β) 时,
  有最小值:
  F(x,y)min=c g-2cg·cos(α β γ);
  或当x=dfΔ1 bfΔ2 bdΔ3-Δ1Δ2Δ34aeΔ1-2afΔ2-2adΔ3,y=dfΔ1 bfΔ2 bdΔ3-Δ1Δ2Δ34aeΔ3-2beΔ2-2deΔ1 时,
  F(x,y)min=AC
  =c g-14ae(bΔ2Δ3 dΔ1Δ3 fΔ1Δ2)-bdf,
  其中cosα=-b2ca,cosβ=-d2ae,cosγ=-f2eg,α,β,γ,∈[0,π].
  证明 F(x,y)的三项均为非负数,故f(x,y)存在最小值是显然的.
  (1)当x≥0,y≥0时,
  ∵4ca-b2≥0,4ae-d2≥0,4eg-f2≥0,
  ∴-b2ca≤1,-d2ae≤1,-f2eg≤1.
  令-b2ca=cosα,-d2ae=cos,β-f2eg=cosγ,
  则F(x,y)=(c)2 (a·x)〗2-2c·a·x·-b2ac
   (a·x)2 (e·y)2-2a·xe·y·-d2ae
   (e·y)2 (g)2-2g·e·y·-f2eg
  =(c)2 (a·x)2-2ca·x·cosα
   (a·x)2 (e·y)2-2ae·x·y·cosβ
   (e·y)2 (g)2-2eg·y·cosγ.
  =f(x) f(x,y) f(y).
  以线段BC=c,曲线CD=f(x);DE=f(x,y);EA=f(y),线段AB=g为边,以线段BD=ax,BE=ey为对角线,构造如图所示的动态“五边形ABCDE”.于是在△ABC中,由余弦定理得:
  F(x,y)=f(x) f(x,y) f(y)≥AC
  =c g-2cg·cos(α β γ).
  利用余弦三角函數和差公式展开并整理得:
  F(x,y)min=AC
  =c g-14ae(bΔ2Δ3 dΔ1Δ3 fΔ1Δ2)-bdf.
  由图知:仅当D,E在AC上时等号成立,设BE,BD分别交AC于E′,D′,
  故S△CBD′ S△D′BA=S△ABC,S△ABE′ S△E′BC=S△ABC.
  利用正弦三角函数面积公式,及相关的正弦三角函数和差公式并整理知:
  当x=cg·sin(α β γ)ca·sinα ag·sin(β γ),y=cg·sin(α β γ)eg·sinγ ce·sin(α β) 时,
  F(x,y)min=c g-2cg·cos(α β γ);
  或当x=dfΔ1 bfΔ2 bdΔ3-Δ1Δ2Δ34aeΔ1-2afΔ2-2adΔ3,y=dfΔ1 bfΔ2 bdΔ3-Δ1Δ2Δ34aeΔ3-2beΔ2-2deΔ1 时,
  F(x,y)min=AC
  =c g-14ae(bΔ2Δ3 dΔ1Δ3 fΔ1Δ2)-bdf.
  (2)当x
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