已知 $O$ 为 $\triangle{ABC}$ 的外心,$AB=2a$,$AC=\dfrac 2a$,$\angle{BAC}=120^{\circ}$,若 $\overrightarrow{AO}=\alpha \overrightarrow{AB}+\beta \overrightarrow{AC}$,则 $\alpha+\beta$ 的最小值是
【难度】
【出处】
2011年全国高中数学联赛贵州省预赛
【标注】
  • 数学竞赛
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    平面向量
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    平面向量
  • 知识点
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    向量
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    向量的线性表示
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    等系数和线
  • 知识点
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    向量
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    向量中的常用知识
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    三角形外心的向量表达
【答案】
$2$
【解析】
设 $\triangle{ABC}$ 外接圆的半径为 $R$,则\[\begin{split}\overrightarrow{AB}\cdot \overrightarrow{AC}&=\left|\overrightarrow{AB}\right|\cdot \left|\overrightarrow{AC}\right|\cos{120^{\circ}}\\&=2a\cdot \dfrac 2a \cdot \left(-\dfrac 12\right)\\&=-2.\end{split}\]因为$$\begin{cases}\overrightarrow{AO}\cdot \overrightarrow{AB}=\alpha \overrightarrow{AB}^2+\beta \overrightarrow{AC}\cdot \overrightarrow{AB},\\\overrightarrow{AO}\cdot \overrightarrow{AC}=\alpha \overrightarrow{AB}\cdot \overrightarrow{AC}+\beta \overrightarrow{AC}^2,\end{cases}$$所以$$\begin{cases}R\cdot 2a\cdot \dfrac 2a=\alpha \cdot 4a^2-2\beta,\\ R\cdot \dfrac 2a \cdot \dfrac{\frac 1a}{R}=-2\alpha+\beta \cdot \dfrac {4}{a^2},\end{cases}$$解得$$\alpha =\dfrac{2a^2+1}{3a^2},\beta =\dfrac{a^2+2}{3},$$故$$\alpha+\beta =\dfrac 43+\dfrac 1{3a^2}+\dfrac{a^2}{3}\geqslant \dfrac 43 +2\sqrt{\dfrac 1{3a^2\cdot \dfrac{a^2}{3}}}=2,$$当且仅当 $a=1$ 时,上式等号成立,所以 $\alpha+\beta$ 的最小值为 $2$.此时,$\triangle{ABC}$ 为等腰三角形.
题目 答案 解析 备注
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