極值》  
  範例 46:到三角形三頂點之和何時最小  
  平面上A、B、C三點不共線,請試尋找一點O,使得O到三頂點距離和為最小。
 
  《 解答 》  
 
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給定坐標:

其中 為變數,則:





最小值可能發生之處為 的點

或偏導數不存在的三點。

可解 向量方程

的單位向量
的單位向量
的單位向量

可解 存在一點O使得的單位向量+ 的單位向量 + 的單位向量 = 0向量。

三個單位向量和為 0,則三個向量必互相夾



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皆小於 ;反之,若皆小於 ,必可在A、B、C內部找到O點。

夾角皆為

可解 皆小於

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,若 皆小於
最小值發生在 A,B,C或 的解O上。
在A的值為:



在O的值。 同理,在B,C的值皆大於在O的值。
的最小值存在,可能發生的點僅,又在四點中,O的值最小,
最小值發生在O, O滿足 夾角
其中一角大於或等於

最小值可能發生在值分別為

+ ,又角A為最大角,為最大邊,

最小,最小值發生在A。

 

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註:當本題有一純幾何的做法作正 ,正,則

若要最小,則須選取 P 使得P, P' A', C在同一直線上。

此時, A'APB為圓的內接四邊形。





此一P點一般稱為費馬點

解法(二)(不用偏微分)

把問題改變一下,如圖:

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在AP上找一點Q,使 最小,先任取一點

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變動一點點到 來看看,則到三點距離和的變化是

不妨設β是鈍角,α是銳角,則有



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因此要求: 就得到 ,或

如果不要求,一定要在特定的直線AP上,但是仍然要求 最小,

 

src="images_02/ex46_78.gif"

 

如此一來,當然有
因此


 
 
 
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