Question

已知长方形的四个顶点A（0，0）、B（2，0）、C（2，1）和D（0，1），一质点从AB的中点P₀沿与AB夹角为θ的方向射到BC上的点P₁后，依次反射到CD、DA和AB上的点P₂、P₃和P₄（入射角等于反射角）．设P₄的坐标为（x₄，0）．若1＜x₄＜2，求tanθ的取值范围．

Answer 1

设P₁B=x，
∠P₁P₀B=θ，则CP₁=1-x，
∠P₁P₂C、∠P₃P₂D、∠AP₄P₃均为θ，∴tanθ=

P1B

P0B

=x．
又tanθ=

CP1

CP2

=

1-x

CP2

=x，
∴CP₂=

1-x

x

=

1

x

-1．
而tanθ=

P3D

P2D

=

DP3

2-( 1 x -1)

=

DP3

3- 1 x

=x，
∴DP₃=x（3-

1

x

）=3x-1．
又tanθ=

AP3

AP4

=

1-(3x-1)

AP4

=

2-3x

AP4

=x，
∴AP₄=

2-3x

x

=

2

x

-3．
依题设1＜AP₄＜2，即1＜

2

x

-3＜2，
∴4＜

2

x

＜5，

1

4

＞

x

2

＞

1

5

．
∴

1

2

＞tanθ＞

2

5

．