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已知$\triangle ABC$ 的内角$A,B,C$所对的边分别为$a,b,c$且满足$a=2,a^2=2b^2+c^2$,则△ABC面积的最大值为_____.

解析

由题意,$a = 2$,故 $a^2 = 4$,代入条件得: $$ 2b^2 + c^2 = 4. \quad (1) $$

在 $\triangle ABC$ 中,由余弦定理: $$ a^2 = b^2 + c^2 - 2bc\cos A \implies 4 = b^2 + c^2 - 2bc\cos A. \quad (2) $$

联立 $(1)(2)$ 得: $$ b^2 + c^2 - 2bc\cos A = 2b^2 + c^2, $$ 化简得: $$ -2bc\cos A = b^2 \implies \cos A = -\frac{b}{2c}. \quad (3) $$ 因为 $b>0,c>0$,所以 $\cos A < 0$,角 $A$ 为钝角。

由 $(3)$ 可得: $$ \sin A = \sqrt{1 - \cos^2 A} = \sqrt{1 - \frac{b^2}{4c^2}} = \frac{\sqrt{4c^2 - b^2}}{2c}. $$

三角形面积: $$ S = \frac{1}{2}bc\sin A = \frac{1}{2}bc \cdot \frac{\sqrt{4c^2 - b^2}}{2c} = \frac{b}{4}\sqrt{4c^2 - b^2}. $$

由 $(1)$得$c^2 = 4 - 2b^2$,代入上式: $$ 4c^2 - b^2 = 4(4 - 2b^2) - b^2 = 16 - 9b^2. $$ 因此 $$ S = \frac{b}{4}\sqrt{16 - 9b^2}. $$

令 $t = b^2$,由 $c^2 > 0$得$4 - 2b^2 > 0 \implies 0 < b^2 < 2$;同时根号要求 $16 - 9b^2 \ge 0 \implies b^2 \le \frac{16}{9}$。故 $t \in \left(0, \frac{16}{9}\right]$。

考虑 $S$ 的平方: $$ S^2 = \frac{b^2}{16}(16 - 9b^2) = \frac{1}{16}(16t - 9t^2) = t - \frac{9}{16}t^2. $$ 这是关于 $t$的开口向下的二次函数,对称轴为$t = \frac{8}{9} \in \left(0, \frac{16}{9}\right]$。

当 $t = \frac{8}{9}$ 时,$S^2$ 取得最大值: $$ S^2_{\text{max}} = \frac{8}{9} - \frac{9}{16} \cdot \left(\frac{8}{9}\right)^2 = \frac{8}{9} - \frac{9}{16} \cdot \frac{64}{81} = \frac{8}{9} - \frac{4}{9} = \frac{4}{9}. $$ 故 $S_{\text{max}} = \sqrt{\frac{4}{9}} = \frac{2}{3}$。

综上,$\triangle ABC$面积的最大值为$\dfrac{2}{3}$。

答案

$$ \boxed{\frac{2}{3}} $$

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