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填充 7. 不好做的一題,以下動用了三角代換和微積分,是否有其它漂亮的作法,就有待其它高手了
設 L 和 x 軸的銳夾角為 \theta ,則 \overline{OA}+\overline{OB}+\overline{AB}=(1+\tan\theta+\sec\theta)+2\cdot(1+\cot\theta+\csc\theta) 。
令 \phi=\frac{\theta}{2} , \tan\phi=\frac{\sin\theta}{1+\cos\theta}=(\cot\theta+\csc\theta)^{-1} , \tan(\frac{\pi}{4}-\phi)=\frac{\cos\theta}{1+\sin\theta}=(\tan\theta+\sec\theta)^{-1} 。
故 (1+\tan\theta+\sec\theta)+2\cdot(1+\cot\theta+\csc\theta)=3+\tan(\frac{\pi}{4}+\phi)+2\tan(\frac{\pi}{2}-\phi)
解其微分為 0: \sec^{2}(\frac{\pi}{4}+\phi)-2\sec^{2}(\frac{\pi}{2}-\phi)=0\Rightarrow\sqrt{2}\cos(\frac{\pi}{4}+\phi)=\cos(\frac{\pi}{2}-\phi)
(其中 0<\theta<\frac{\pi}{2}\Rightarrow0<\phi<\frac{\pi}{4} \Rightarrow 此二餘弦皆正)
上式可化簡為 \cos\phi-\sin\phi=\sin\phi\Rightarrow\tan\phi=\frac{1}{2} 。
又 \sec^{2}(\frac{\pi}{4}+\phi)-2\sec^{2}(\frac{\pi}{2}-\phi)\nearrow in (0,\frac{\pi}{4}) ,故此 \phi=\tan^{-1}\frac{1}{2} 為最小值發生之處。
\tan(\frac{\pi}{4}+\phi)=\frac{1+\frac{1}{2}}{1-\frac{1}{2}}=3, \tan(\frac{\pi}{2}-\phi)=(\tan\phi)^{-1}=2 ,故最小值 =3+3+4=10 。