Question

如图，在平面四边形ABCD中，AB=AD=1，∠BAD=θ，而△BCD是正三角形，
（1）将四边形ABCD面积S表示为θ的函数；
（2）求S的最大值及此时θ角的值．

Answer

（1）四边形ABCD的面积分为两三角形面积之和来求，三角形ABD的面积由AB，AD及sinA的值，利用三角形的面积公式可表示出，三角形BCD为等边三角形，其面积为BD2，接着由AB，AD及cosA的值，利用余弦定理表示出BD2，可表示出三角形BCD的面积，两者相加去括号后，利用两角和与差的正弦函数公式化简可表示出四边形ABCD的面积，并求出此时θ的范围；
（2）由（1）表示出的S关系式，根据θ的范围，求出的范围，再由正弦函数的图象与性质可得出面积S的最大值，以及此时θ的度数．
【解析】
（1）△ABD的面积S=AB•AD•sinA=×1×1×sinθ=sinθ，
∵△BDC是正三角形，则△BDC面积=BD2，
由△ABD及余弦定理可知：BD2=12+12+2•1•1•cosθ=2-2cosθ，
于是四边形ABCD面积S=sinθ+（2-2cosθ），
整理得：S=+sin（θ-）其中0＜θ＜π；
（2）由（1）得到的S=+sin（θ-），
∵0＜θ＜π，∴-＜θ-＜，
则当θ-=时，S取得最大值1+，此时θ=+=．