
芬斯拉不等式
设△ABC的三边长分别为a、b、c,面积为Δ,则
a^2+b^2+c^2≥4√3Δ(当a=b=c时,等号成立)……(1)
不等式(1)叫做芬斯拉不等式(Finsler,1894—),它反映了三角形三边与其面积之间的关系。
证明一:如图,因任意△ABC的三条高至少有一条在△ABC内,不妨设BC边上的高AD在△ABC内,设AD=h,BD=m,DC=n,则有
a^2=(m+n)^2,b^2=h^2+n^2,c^2=h^2+m^2,Δ=(m+n)h/2,
∵[h-√3(m+n)/2]^2+[(m-n)/2]^2≥0……(2)
等号当且仅当h=√3(m+n)/2,且m=n时,即△ABC为正三角形时成立。展开(2)式并整理可得
(m+n)^2+h^2+n^2+h^2+m^2≥2√3(m+n)h,
∴ a^2+b^2+c^2≥4√3Δ。(当a=b=c时,等号成立)
注:证明的关键是巧妙在构造不等式(2),为此必须首先猜想到当a=b=c时,正三角形的面积最大,此时有m=n,h=√3(m+n)/2,利用这两个公式就可造出不等式(2)。
证明二:由余弦定理及三角形面积公式,
a^2+b^2+c^2-4√3Δ
=a^2+b^2+(a^2+b^2-2abcosC)-2√3abcosC
=2[a^2+b^2-2absin(C+30°)
≥2(a^2+b^2-2ab)=2(a-b)^2≥0
当且仅当a=b,∠C=60°,即a=b=c时,等号成立。
芬斯拉不等式的推广:
1、若a、b、c、d为四边形的四条边,Δ为其面积,则有
a^2+b^2+c^2+d^2≥4Δ
等号当且仅当四边形为正方形时成立。
2、若L1、L2、……、Ln为n边形的边长,Δ为其面积,则有
L1^2+L2^2+……Ln^2≥4Δtan(π/n) (n≥3)
等号当且仅当这个n边形为正n边形时成立。