问题是这样的:
证明:在△ABC的每条边上各取一点D、E、F,△DEF称为△ABC的内接三角形。试在锐角三角形ABC的所有内接三角形中,求周长最短的三角形。
证明:可将此题分三步来做
(1)设D是BC上固定点,求此时的周长最短的内接三角形。
作D关于AB、AC的对称点D1、D2,连D1D2交AB、AC于E、F,则△DEF为所求。实际上,对于△ABC的任一内接△DE′F′都有
DE′+E′F′+F′D=D1E′+E′F′+F′D2≥D1D2=D1E+EF+FD2 =DE+EF+FD。
就是△DEF的周长≤△DEF的周长。
因此,我们只要对于每一个BC上的点D,都找出相应于该点的周长最短的内接三角形DEF,在这些三角形中找出周长最短的一个就行。
(2)由于AD1=AD,AD2=AD,故△AD1D2是等腰三角形。又由于∠1=∠2,∠3=∠4,故△AD1D2的顶角∠D1AD2=2∠BAC为定值,因此,只有当其腰AD1最短时,D1D2最短。此时必有AD最短。从而当AD为△ABC的高时,内接三角形DEF的周长最短。
(3)当AD为△ABC的高时,由前面三角形垂足三角形性质,可证△ABC的内接三角形中,以其垂足三角形DEF的周长最短。
证毕
其实还可以证明△ABC的重心H是△DEF的内心。
由∠BEA=∠BDA=90°,知B、D、E、A共圆,于是∠CDE=∠BAC。同样,由A、F、D、C共圆,可知∠BDF=∠BAC,于是∠CDE=∠BDF。从而可知DA平分∠EDF。
同理FC平分∠DFE,EB平分∠DEF。故H是△DEF的内心。