sin∠BCD≤BD/BC=√3/2,∠BCD最大60°,问题转化为求一个角为60°,斜边为4的直角三角形的内接正三角形的最小值,AB上取点E连CE,作正三角形CEF,点F在A关于BC的另一边,连接AF交BC于点P,过P作PM∥CF交AC于点M,作PN∥EF交AB于点N,连接PM,PN,MN,则△PMN为△ABC的内接正三边形,S△PMN/S△FCE=(MN/CE)²=(AP/AF)²
以点A为原点,AB所在直线为x轴作平面直角坐标系,易知C(1,√3)设E(m,0),m∈(0,4),则点F为点E绕点C逆时针旋转60°的点,根据点旋转公式:
对任意点(x,y),绕一个坐标点(rx0,ry0)逆时针旋转a角度后的新的坐标设为(x0, y0),则: x0= (x - rx0)*cos(a) - (y - ry0)*sin(a) + rx0 ;y0= (x - rx0)*sin(a) + (y - ry0)*cos(a) + ry0
可得F(m/2+2,√3m/2),则点P((m+4)/(m+1),√3m/(m+1))
则AP/AF=[√3m/(m+1)]/(√3m/2)=2/(m+1),而S△FCE=√3/4*CE²=[3+(m-1)²]*√3/4
所以S△PMN=(AP/AF)²*S△FCE=(m²-2m+4)/(m+1)²*√3
求导令导数为0可得m∈(0,5/2)时单调递减,m∈(5/2,4),则m=5/2时取得最小值,S△PMNmin=21√3/49