1. 建立平面直角坐标系并表示出三角形面积的表达式
以正方形中心 O 为坐标原点建立平面直角坐标系,各边分别平行于坐标轴。
因为正方形边长为 6,所以正方形的四个顶点分别为 A(3,3)、B(−3,3)、C(−3,−3)、D(3,−3),正方形四条边上的点满足:
x=±3,y∈[−3,3] 或 y=±3,x∈[−3,3]。
设点 P 的坐标为 (x,y),边上点 Q 的坐标为 (xQ,yQ),则三角形 OPQ 的面积为:
S△OPQ=21∣xyQ−yxQ∣
2. 分析在边上取点 $Q$ 时三角形面积的最大值点
当点 Q 在正方形的某条边(如右边线段 xQ=3,yQ∈[−3,3])上变动时:
S△OPQ=21∣3y−xyQ∣
式中 3y−xyQ 为关于 yQ 的一次函数,其绝对值的最大值必定在该线段的两个端点处取得。
同理,对正方形四条边的任意一条,面积的最大值均在正方形的四个顶点处取得。
分别计算点 Q 位于四个顶点时的面积:
- 当 Q=A(3,3) 或 C(−3,−3) 时,S△OPQ=21∣3x−3y∣=23∣x−y∣;
- 当 Q=B(−3,3) 或 D(3,−3) 时,S△OPQ=21∣3x+3y∣=23∣x+y∣。
因此,边上点 Q 能使三角形面积达到的最大值为:
maxQS△OPQ=max(23∣x−y∣,23∣x+y∣)
3. 确定“无论 $Q$ 如何选取都无法满足面积不小于 3”的点 $P$ 的区域并计算其面积
若无论 Q 如何选取都无法满足 S△OPQ≥3,说明三角形面积的最大值严格小于 3:
23∣x−y∣<3且23∣x+y∣<3
即:
∣x−y∣<2且∥x+y∥<2
该不等式组在坐标系中表示以 (2,0)、(0,2)、(−2,0)、(0,−2) 为顶点的正方形区域。
该正方形的对角线长为 d=2−(−2)=4(两对角线相互垂直平分),其面积为:
S=21×4×4=8
因此,该特定区域的面积是 8,对应选项 C。