题目内容

如图,某城市有一条从正西方AO通过市中心O后向东北OB,现要修一条地铁L,在OA上设一站,在OB上设一站,地铁在AB部分为直线段,现要求市中心O与AB的距离为10km,设地铁在AB部分的总长度为ykm.
(1)按下列要求建立关系式:
(i)设∠OAB=α,将y表示为α的函数;
(ii)设OA=m,OB=n,用m,n表示y;
(2)把A,B两站分别设在公路上离中心O多远处,才能使AB最短,并求出最短距离.
分析:(1)(i)过O作OH⊥AB于H,则由∠AOH=
π
2
-α,∠BOH=π-
π
4
-(
π
2
-α)=
π
4
+α
及直角三角形的三角关系可求AH=10cotα,BH=10tan(
π
4
+α)
,而AB=AH+BH,整理即可
(ii) 由等面积原理得,
1
2
•AB•10=
1
2
mnsin
3π
4
可求AB
(2)选择方案一:结合正弦函数的性质可求AB的最小值
选择方案二:由余弦定理得AB2=m2+n2-2mncos
3π
4
=m2+n2+
2
mn
≥(2+
2
)mn
,结合基本不等式可求AB的最小值
解答:解:(1)(i)过O作OH⊥AB于H
由题意得,∠AOH=
π
2
-α,∠BOH=π-
π
4
-(
π
2
-α)=
π
4
+α

且0<α<
π
2
tan∠AOH=cotα=
AH
10

即AH=10cotα…(2分)
tan∠BOH=tan(
π
4
+α)=
BH
10
即BH=10tan(
π
4
+α)
…(4分)
∴AB=BH+AH=10tan(
π
4
+α)+10cotα
=10(
cosα
sinα
+
sinα+cosα
cosα-sinα
)
=
20
2
sin(2α+
π
4
)-1
…(8分)
(ii) 由等面积原理得,
1
2
•AB•10=
1
2
mnsin
3π
4
即AB=
mn
10
2
…(10分)
(2)选择方案一:当α=
π
8
时|AB|min=20(
2
+1)
,…(12分)
此时OA=OB=
10
sin
π
8
,而cos
π
4
=1-2sin2
π
8
=
2
2

所以OA=OB=10
4+2
2
.                         …(14分)
选择方案二:因为tan∠AOB=
3π
4
,
由余弦定理得AB2=m2+n2-2mncos
3π
4
=m2+n2+
2
mn
≥(2+
2
)mn

∴AB2≥20(
2
+1)AB
…(12分)
即AB≥20(
2
+1)
(当且仅当m=n=10
4+2
2
时取等号)…(14分)
点评:本题主要考查了解三角形在实际问题中的应用,综合考查了基本不等式的知识,解题的关键是合理的把实际问题转化为数学问题
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