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在锐角三角形 ABC 中, 内角 A,B,C 的对边分别为 a,b,c, 其中 BD 是角 B 的平分线, 且点 D 在边 AC 上, 且满足 BD⋅(sin⁡A+sin⁡C)=3a⋅sin⁡C.

  1. 求角 B 的值;
  2. 若 c=2, 求三角形 ABC 的周长的取值范围;
  3. 比较 π4 与 ln⁡(1+2) 的大小.
解

  1. 对条件式用正弦定理: BD⋅(a+c)=3ac. 因为 BD 是角 B 的平分线, 所以根据面积关系 12acsin⁡B=12BD(a+c)sin⁡B2, 代入上式得 sin⁡B=3sin⁡B2, 也即 sin⁡B2(cos⁡B2−32)=0. 因为 B∈(0,π2), 所以只有 B=π3.
  2. 本题走角比较方便. 因为 C∈(0,π2), A=2π3−C∈(0,π2), 所以 C∈(π6,π2). 根据正弦定理 2sin⁡C=bsin⁡π3=asin⁡(C+π3), 从而周长为 l=a+b+c=3+3cos⁡C+1sin⁡C. 而 (cos⁡C+1sin⁡C)′=−1+cos⁡Csin2⁡C<0, 所以只需在 C 的两个边界取值, l∈(3+3,23+6).
  3. 记 f(x)=x+ln⁡1+cos⁡xsin⁡x, x∈(π6,π2), 则 f′(x)=1−1sin⁡x<0, 所以 f(π4)>f(π2)⟺π4+ln⁡(1+2)>π2⟺ln⁡(1+2)>π4.

3 的另解

解法一 注意到 ln⁡(1+2)−π4=∫01(11+x2−11+x2)dx>0.
解法二 利用常用不等式 ln⁡x>2(x−1)x+1,x>1 放缩: ln⁡(1+2)>2⋅22+2=2(2−1)>2(1.4−1)=45>π4.