一走廊拐角下的横截面如图所示,已知内壁FG和外壁BC都是半径为1m的四分之一圆弧,AB,DC分别与圆弧BC相切于B、C两点,EF∥AB,GH∥CD,且两组平行墙壁间的走廊宽度都是1m.
(1)若水平放置的木棒MN的两个端点M、N分别在外壁CD和AB上,且木棒与内壁圆弧相切于点P.设∠CMN=θ(rad),试用θ表示木棒MN和长度f(θ).
(2)若一根水平放置的木棒能通过该走廊拐角处,求木棒长度的最大值.
网友回答
解:(1)如图,设圆弧FG所在的圆的圆心为Q,过Q点作CD垂线,垂足为点T,且交MN或其延长线与于S,并连接PQ,再过N点作TQ的垂线,垂足为W.
在Rt△NWS中,因为NW=2,∠SNW=θ,
所以.
因为MN与圆弧FG切于点P,所以PQ⊥MN,
在Rt△QPS,因为PQ=1,∠PQS=θ,
所以,,
①若M在线段TD上,即S在线段TG上,则TS=QT-QS,
在Rt△STM中,,
因此MN=NS+MS=.
②若M在线段CT上,即若S在线段GT的延长线上,则TS=QS-QT,
在Rt△STM中,,
因此MN=NS-MS==.
f(θ)=MN===.
(2)设,则,
因此.因为,又,所以g′(t)<0恒成立,
因此函数在是减函数,所以,
即.
答:一根水平放置的木棒若能通过该走廊拐角处,则其长度的最大值为.
解析分析:(1)如图,设圆弧FG所在的圆的圆心为Q,过Q点作CD垂线,垂足为点T,且交MN或其延长线与于S,并连接PQ,再过N点作TQ的垂线,垂足为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,然后分别看S在线段TG上和在线段GT的延长线上分别表示出TS=QT-QS,然后在Rt△STM中表示出MS,利用MN=NS+MS求得MN的表达式和f(θ)的表达式.(2)设出sinθ+cosθ=t,则sinθcosθ可用t表示出,然后可得f(θ)关于t的表达式,对函数进行求导,根据t的范围判断出导函数小于0推断出函数为减函数.进而根据t的范围求得函数的最小值.
点评:本题主要考查了解三角形的实际应用.考查了学生分析问题和解决问题的能力,基本的运算能力.