设$S$为半径等于$1$的圆内接三角形的面积,则$4S+dfrac 9S$的最小值是_______.
【分析与解】
先证明$S$的最大值为$dfrac{3sqrt 3}4$.设$ riangle ABC$内接于单位圆$O$,且顶点按逆时针排列.设弧$AB,BC,CA$所对的圆心角分别为$alpha$,$eta$,$2pi -alpha-eta$,不妨设$alpha,etain (0,pi]$,则[egin{split} S&leqslant dfrac 12left[sinalpha+sineta-sinleft(alpha+eta
ight)
ight]\
&leqslant dfrac 12left[left(1-coseta
ight)sinalpha-sinetacosalpha+sineta
ight]\
&leqslant dfrac 12left[sqrt{(1-coseta)^2+sin^2eta}+sineta
ight]\
&=dfrac 12left[sqrt{2-2coseta}+sineta
ight]\
&=sindfrac{eta}2left(1+cosdfrac{eta}2
ight)
,end{split} ]令$t=1+cosdfrac{eta}2$,则$tin[1,2)$,有$$Sleqslant tsqrt{1-(t-1)^2}=sqrt{t^3(6-3t)}cdotdfrac{1}{sqrt 3}leqslant dfrac{3sqrt 3}4,$$当$ riangle ABC$为正三角形取得等号.因此$S$的最大值为$dfrac{3sqrt 3}4$,而在$left(0,dfrac{3sqrt 3}4
ight]$上,$4S+dfrac{9}S$单调递减,于是所求的最小值为$$left.left(4S+dfrac 9S
ight)
ight|_{S=frac{3sqrt 3}4}=7sqrt 3.$$