已知 $x^2+y^2=25$,则 $\sqrt{8y-6x+50}+\sqrt{8y+6x+50}$ 的最大值为 .
【难度】
【出处】
无
【标注】
【答案】
$6\sqrt{10}$
【解析】
可以直接利用不等式$$\sqrt{8y-6x+50}+\sqrt{8y+6x+50}\leqslant \sqrt 2\cdot \sqrt{16y+100}\leqslant \sqrt 2\cdot \sqrt{180}=6\sqrt{10},$$等号当 $x=0,y=5$ 时取得.从而可得所求代数式的最大值为 $6\sqrt{10}$.接下来给出一个几何解释.
将 $25=x^2+y^2$ 代入,有$$\sqrt{8y-6x+50}+\sqrt{8y+6x+50}=\sqrt{(x-3)^2+(y+4)^2}+\sqrt{(x+3)^2+(y+4)^2}.$$于是问题转化为圆 $x^2+y^2=25$ 上一点 $P$ 到点 $M(3,-4)$ 和 $N(-3,-4)$ 的距离之和 $PM+PN$ 的最大值.
猜想当 $P$ 点位于 $(0,5)$ 时取得最大值,最大值为 $6\sqrt {10}$,证明如下.以 $M,N$ 为焦点,$6\sqrt{10}$ 为长轴长的椭圆方程为$$\dfrac{x^2}{90}+\dfrac{(y+4)^2}{81}=1,$$因此若点 $(x,y)$ 在椭圆上,就有$$x^2+y^2-25=90\left[1-\dfrac{(y+4)^2}{81}\right]+y^2-25=\dfrac 19(5-y)(85+y)\geqslant 0,$$这就意味着除 $(0,5)$ 外,圆 $x^2+y^2=25$ 上的其它点都在椭圆的内部,于是 $PM+PN\leqslant 6\sqrt{10}$.
综上所述,所求的最大值为 $6\sqrt{10}$.
将 $25=x^2+y^2$ 代入,有$$\sqrt{8y-6x+50}+\sqrt{8y+6x+50}=\sqrt{(x-3)^2+(y+4)^2}+\sqrt{(x+3)^2+(y+4)^2}.$$于是问题转化为圆 $x^2+y^2=25$ 上一点 $P$ 到点 $M(3,-4)$ 和 $N(-3,-4)$ 的距离之和 $PM+PN$ 的最大值.

综上所述,所求的最大值为 $6\sqrt{10}$.
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