精英家教網(wǎng)一走廊拐角下的橫截面如圖所示,已知內(nèi)壁FG和外壁BC都是半徑為1m的四分之一圓弧,AB,DC分別與圓弧BC相切于B、C兩點(diǎn),EF∥AB,GH∥CD,且兩組平行墻壁間的走廊寬度都是1m.
(1)若水平放置的木棒MN的兩個(gè)端點(diǎn)M、N分別在外壁CD和AB上,且木棒與內(nèi)壁圓弧相切于點(diǎn)P.設(shè)∠CMN=θ(rad),試用θ表示木棒MN和長度f(θ).
(2)若一根水平放置的木棒能通過該走廊拐角處,求木棒長度的最大值.
分析:(1)如圖,設(shè)圓弧FG所在的圓的圓心為Q,過Q點(diǎn)作CD垂線,垂足為點(diǎn)T,且交MN或其延長線與于S,并連接PQ,再過N點(diǎn)作TQ的垂線,垂足為W.在Rt△NWS中用NW和∠SNW表示出NS,在Rt△QPS中用PQ和∠PQS表示出QS,然后分別看S在線段TG上和在線段GT的延長線上分別表示出TS=QT-QS,然后在Rt△STM中表示出MS,利用MN=NS+MS求得MN的表達(dá)式和f(θ)的表達(dá)式.
(2)設(shè)出sinθ+cosθ=t,則sinθcosθ可用t表示出,然后可得f(θ)關(guān)于t的表達(dá)式,對函數(shù)進(jìn)行求導(dǎo),根據(jù)t的范圍判斷出導(dǎo)函數(shù)小于0推斷出函數(shù)為減函數(shù).進(jìn)而根據(jù)t的范圍求得函數(shù)的最小值.
解答:精英家教網(wǎng)解:(1)如圖,設(shè)圓弧FG所在的圓的圓心為Q,過Q點(diǎn)作CD垂線,垂足為點(diǎn)T,且交MN或其延長線與于S,并連接PQ,再過N點(diǎn)作TQ的垂線,垂足為W.
在Rt△NWS中,因?yàn)镹W=2,∠SNW=θ,
所以NS=
2
cosθ

因?yàn)镸N與圓弧FG切于點(diǎn)P,所以PQ⊥MN,
在Rt△QPS,因?yàn)镻Q=1,∠PQS=θ,
所以QS=
1
cosθ
,QT-QS=2-
1
cosθ
,
①若M在線段TD上,即S在線段TG上,則TS=QT-QS,
在Rt△STM中,MS=
TS
sinθ
=
QT-QS
sinθ

因此MN=NS+MS=NS+
QT-QS
sinθ

②若M在線段CT上,即若S在線段GT的延長線上,則TS=QS-QT,
在Rt△STM中,MS=
TS
sinθ
=
QS-QT
sinθ

因此MN=NS-MS=NS-
QS-QT
sinθ
=NS+
QT-QS
sinθ

f(θ)=MN=NS+
QT-QS
sinθ
=
2
cosθ
+(
2
sinθ
-
1
sinθcosθ
)
=
2(sinθ+cosθ)-1
sinθcosθ
 (0<θ<
π
2
)

(2)設(shè)sinθ+cosθ=t (1<t≤
2
)
,則sinθcosθ=
t2-1
2
,
因此f(θ)=g(t)=
4t-2
t2-1
.因?yàn)?span dealflag="1" class="MathJye" mathtag="math" style="whiteSpace:nowrap;wordSpacing:normal;wordWrap:normal">g′(t)=-
4(t2-t+1)
(t2-1)2
,又1<t≤
2
,所以g′(t)<0恒成立,
因此函數(shù)g(t)=
4t-2
t2-1
t∈(1,
2
]
是減函數(shù),所以g(t)min=g(
2
)=4
2
-2

MNmin=4
2
-2

答:一根水平放置的木棒若能通過該走廊拐角處,則其長度的最大值為4
2
-2
點(diǎn)評:本題主要考查了解三角形的實(shí)際應(yīng)用.考查了學(xué)生分析問題和解決問題的能力,基本的運(yùn)算能力.
練習(xí)冊系列答案
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一走廊拐角下的橫截面如圖所示,已知內(nèi)壁FG和外壁BC都是半徑為1m的四分之一圓弧,AB,DC分別與圓弧BC相切于B、C兩點(diǎn),EF∥AB,GH∥CD,且兩組平行墻壁間的走廊寬度都是1m.

若水平放置的木棒MN的兩個(gè)端點(diǎn)M、N分別在外壁CD和AB上,且木棒與內(nèi)壁圓弧相切于點(diǎn)P。設(shè),試用表示木棒MN和長度

若一根水平放置的木棒能通過該走廊拐角處,求木棒長度的最大值。

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(1)若水平放置的木棒MN的兩個(gè)端點(diǎn)M、N分別在外壁CD和AB上,且木棒與內(nèi)壁圓弧相切于點(diǎn)P.設(shè)∠CMN=θ(rad),試用θ表示木棒MN和長度f(θ).
(2)若一根水平放置的木棒能通過該走廊拐角處,求木棒長度的最大值.

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