题目内容

【题目】如图,矩形为一张台球桌面,,.从点击出一个球,其可无限次经台球桌四边反弹运行.已知该球经过矩形的中心.

(1)试求所有整点 的个数,使得该球可以经过点;

(2)若该球在上述、两点间的最短路径长为,求的最大值.

【答案】(1)(2)

【解析】

(1)将矩形及点、整体向右、上方向翻转复制,得到一系列矩形.

设第列、第行矩形中、的像分别为、.则

;

,

,

,

.

设、的斜率分别为、.则

, ①

,,

,.

故经过点的球可以经过点

存在、、、,使得. ②

为使式②成立,必须, .

故.

(2)下面利用式②验证球可以经过上述点,并计算.

对前五个点,有,且,

,.

对中间四个点,有,故球在、之间必须经台球桌四边之一反弹,有

,

.

从而,,

.

对,若球在某一矩形内直接经过、(不必经矩形边反弹),则.

此时,由式①知,且.但当时,,矛盾.

若球在、之间只反弹一次,则球经过某两个相邻的矩形中的、,有,但由式①有,矛盾.

故球在、之间必须经台球桌四边反弹至少两次,有

.

从而,.

综上,所求整点有11个,且.

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