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在 ΔABC 中,AB=1,BC=3, 在 AC 的右侧取点 D, 构成平面四边形 ABCD.

  1. 若 cos⁡B+cos⁡D=0 且 B=120∘,求 ΔACD 面积的最大值;
  2. 若 AD=CD=2, 当四边形 ABCD 的面积最大时,求对角线 BD 的长.
解

  1. 由条件,D=60∘.在 ΔABC 中由余弦定理得AC=12+32−2×12×3=13,
    故在ΔADC中12=x2+y2−132xy≥2xy−132xy⇒xy≤13,
    从而 SΔACD=12xysin⁡D≤1334.
  2. 由题意,用两次余弦定理得AC2=10−6cos⁡B=8−8cos⁡D⇒3cos⁡B−4cos⁡D=1.
    这样SABCD=12(3sin⁡B+4sin⁡D)=3sin⁡α+4sin⁡β+α(3cos⁡α−4cos⁡β)−α2=3(sin⁡B+αcos⁡B)+4(sin⁡D−αcos⁡D)−α2≤71+α2−α2,
    由待定系数法可得 α=143,取等时 cos⁡B=α1+α2=17, cos⁡D=−α1+α2=−17,从而 AC=877. 由 B,D 互补,得 A,B,C,D 共圆,因此由托勒密定理得 BD=AB⋅CD+AD⋅BCAC=7.