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对于任意的△ABC,如图1,设BC=a,AC=b,AB=c,△ABC内切圆的圆心为I,半径为r,⊙I与AB,BC,AC分别切于D,E,F,则ID⊥AB,IE⊥BC,IF⊥AC,ID=IE=IF=r,联结IA,IB,IC,则S△ABC=S△AIB S△BIC S△AIC=12rc 12ra 12rb=12r(c a b),
不妨设△ABC的周长为C,面积为S,则S=12rC.
对于Rt△ABC,∠C=90°,我们有S=12ab.
由于a>0,b>0,a2 b2≥2ab,
a b =(a)2 (b)2-2ab 2ab=(a-b)2 2ab≥2ab(当且仅当a=b时,取等号),
所以
一方面,C= a b a2 b2≥2ab 2ab=(2 2)ab=(2 2)2S
=2(2 1)S(当且仅当a=b,即△ABC为等腰直角三角形时,取等号).
另一方面,由于S=12rC,C≥2(2 1)S,则
r=2SC≤2S2(2 1)S=(2-1)S.
称C≥2(2 1)S为①式,称r≤(2-1)S为②式.
由①得S≤C2(2 1),由②得S≥r2-1,
所以r2-1≤S≤C2(2 1),
即C≥2(3 22)r. ③
例1 Rt△ABC的面积S=3,周長C=2,则该直角三角形的内切圆半径r= .
错解 由已知及三角形的面积公式得S=12rC,即r=2SC=3.
上述解法似无破绽,实则非也:这样的直角三角形不存在!
错解的原因 此题S=3,C=2,
一方面,C =2≤2(2 1)S=2(2 1)3≈8.4,不满足C≥2(2 1)S,
所以,这样的直角三角形不存在.
另一方面,若r=3≥(2-1)S=(2-1)3≈0.7,则不满足r≤(2-1)S,
所以,这样的直角三角形不存在.
评注 对于Rt△ABC,在已有公式r=2SC的情况下,命制题目时也一定要考虑其存在性问题.建议在上述结论(即C≥2(2 1)S①,r≤(2-1)S②及C≥2(3 22)r③)的前提下命制题目;也可就着一个已经存在的直角三角形来命制,如:边长分别为8,15,17(C=40,S=60,r=3)的直角三角形,以规避图形的存在性问题.
不妨设△ABC的周长为C,面积为S,则S=12rC.
对于Rt△ABC,∠C=90°,我们有S=12ab.
由于a>0,b>0,a2 b2≥2ab,
a b =(a)2 (b)2-2ab 2ab=(a-b)2 2ab≥2ab(当且仅当a=b时,取等号),
所以
一方面,C= a b a2 b2≥2ab 2ab=(2 2)ab=(2 2)2S
=2(2 1)S(当且仅当a=b,即△ABC为等腰直角三角形时,取等号).
另一方面,由于S=12rC,C≥2(2 1)S,则
r=2SC≤2S2(2 1)S=(2-1)S.
称C≥2(2 1)S为①式,称r≤(2-1)S为②式.
由①得S≤C2(2 1),由②得S≥r2-1,
所以r2-1≤S≤C2(2 1),
即C≥2(3 22)r. ③
例1 Rt△ABC的面积S=3,周長C=2,则该直角三角形的内切圆半径r= .
错解 由已知及三角形的面积公式得S=12rC,即r=2SC=3.
上述解法似无破绽,实则非也:这样的直角三角形不存在!
错解的原因 此题S=3,C=2,
一方面,C =2≤2(2 1)S=2(2 1)3≈8.4,不满足C≥2(2 1)S,
所以,这样的直角三角形不存在.
另一方面,若r=3≥(2-1)S=(2-1)3≈0.7,则不满足r≤(2-1)S,
所以,这样的直角三角形不存在.
评注 对于Rt△ABC,在已有公式r=2SC的情况下,命制题目时也一定要考虑其存在性问题.建议在上述结论(即C≥2(2 1)S①,r≤(2-1)S②及C≥2(3 22)r③)的前提下命制题目;也可就着一个已经存在的直角三角形来命制,如:边长分别为8,15,17(C=40,S=60,r=3)的直角三角形,以规避图形的存在性问题.