Question

El triángulo $ABC$ tiene $\angle C = 60^\circ$ y $BC = 4.$ El punto $D$ es el punto medio de $BC.$ ¿Cuál es el mayor valor posible de $\tan(\angle BAD)$ ?

Triangle $ABC$ has $\angle C = 60^\circ$ and $BC = 4.$ Point $D$ is the midpoint of $BC.$ What is the largest possible value of $\tan(\angle BAD)?$

$\dfrac{\sqrt{3}}{6}$

$\dfrac{\sqrt{3}}{3}$

$\dfrac{\sqrt{3}}{2\sqrt{2}}$

$\dfrac{\sqrt{3}}{4\sqrt{2} - 3}$

$1$

Respuesta: D

Conceptos:geometría analítica identidad trigonométrica optimización

Nivel de dificultad: 2380

Solución:

Coloca $C = (0, 0),$ $B = (2, 2\sqrt{3})$ de modo que $\angle C = 60^\circ$ y $BC = 4,$ y sea $A = (x, 0)$ con $x \gt 0.$ Entonces $D = (1, \sqrt{3})$ es el punto medio de $BC.$

Las rectas $\overrightarrow{AB} = (2-x, 2\sqrt{3})$ y $\overrightarrow{AD} = (1-x, \sqrt{3})$ tienen pendientes $\sqrt{3}\,x$ y $x^2 - 3x + 8,$ Usando la fórmula de la tangente de la diferencia y simplificando, $\tan(\angle BAD) = \dfrac{\sqrt{3}\,x}{x^2 - 3x + 8}.$

Igualar la derivada a cero da $8-x^2,$ así que $x = 2\sqrt{2}.$ Sustituyendo, $\begin{aligned} \tan(\angle BAD) &= \dfrac{2\sqrt{6}}{16 - 6\sqrt{2}} \\ &= \dfrac{\sqrt{6}}{8 - 3\sqrt{2}} \\ &= \dfrac{\sqrt{3}}{4\sqrt{2} - 3}. \end{aligned}$

Por lo tanto, D es la respuesta correcta.

Place $C = (0, 0),$ $B = (2, 2\sqrt{3})$ so that $\angle C = 60^\circ$ and $BC = 4,$ and let $A = (x, 0)$ with $x \gt 0.$ Then $D = (1, \sqrt{3})$ is the midpoint of $BC.$

The vectors $\overrightarrow{AB} = (2-x, 2\sqrt{3})$ and $\overrightarrow{AD} = (1-x, \sqrt{3})$ have cross-product magnitude $\sqrt{3}\,x$ and dot product $x^2 - 3x + 8,$ which is always positive. Hence $\tan(\angle BAD) = \dfrac{\sqrt{3}\,x}{x^2 - 3x + 8}.$

The derivative has the sign of $8-x^2,$ so the unique maximum occurs at $x = 2\sqrt{2}.$ Substituting, $\begin{aligned} \tan(\angle BAD) &= \dfrac{2\sqrt{6}}{16 - 6\sqrt{2}} \\ &= \dfrac{\sqrt{6}}{8 - 3\sqrt{2}} \\ &= \dfrac{\sqrt{3}}{4\sqrt{2} - 3}. \end{aligned}$

Thus, D is the correct answer.

2008 AMC 12A Problema 24

Respuesta: D

Nivel de dificultad: 2380

Solución:

El Problema 24 en otros años