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高中数学选择性必修 第二册(381题)


如图,某校打算在长为1千米的主干道 \(AB\) 一侧的一片区域内临时搭建一个强基计划高校咨询和宣传台,该区域由直角三角形区域 \(ACB\) \(\angle ACB\) 为直角)和以 \(BC\) 为直径的半圆形区域组成,点 \(P\) (异于 \(B\) \(C\) )为半圆弧上一点,点 \(H\) 在线段 \(AB\) 上,且满足\(CH\bot AB\) .已知 \(\angle PBA = 60^\circ \) ,设 \(\angle ABC = \theta \) ,且 \(\theta \in \left[ {\frac{\pi }{{18}},\frac{\pi }{3}} \right)\).初步设想把咨询台安排在线段 \(CH\) \(CP\) 上,把宣传海报悬挂在弧 \(CP\)和线段 \(CH\) 上.


若为了让学生获得更多的咨询机会,让更多的省内高校参展,打算让 \(CH + CP\) 最大,求该最大值;



知识点:第五章 一元函数的导数及其应用


参考答案:\(\frac{{2 + \sqrt 3 }}{4}\);

由题意,在 \(Rt\vartriangle ACB\) 中,可得 \(BC = 1 \times \cos \theta = \cos \theta \) ,

在 \(Rt\vartriangle CBH\) 中,可得 \(CH = \cos \theta \times \sin \theta = \sin \theta \cos \theta \) ,

在 \(Rt\vartriangle CBP\) 中,可得 \(CP = \cos \theta \sin \left( {\frac{\pi }{3} - \theta } \right)\) ,

所以 \(CH + CP = \sin \theta \cos \theta + \cos \theta \sin \left( {\frac{\pi }{3} - \theta } \right)\)\( = \sin \theta \cos \theta + \cos \theta \left( {\frac{{\sqrt 3 }}{2}\cos \theta - \frac{1}{2}\sin \theta } \right)\)

\( = \frac{1}{2}\sin \theta \cos \theta + \frac{{\sqrt 3 }}{2}{\cos ^2}\theta \)\( = \frac{1}{4}\sin 2\theta + \frac{{\sqrt 3 }}{2} \times \frac{{1 + \cos 2\theta }}{2}\)\( = \frac{1}{2}\sin \left( {2\theta + \frac{\pi }{3}} \right) + \frac{{\sqrt 3 }}{4}\) .

因为 \(\theta \in \left[ {\frac{\pi }{{18}},\frac{\pi }{3}} \right)\) ,则 \(\frac{{4\pi }}{9} \leqslant 2\theta + \frac{\pi }{3} < \pi \) ,

所以当且仅当\(2\theta +\frac {\pi } {3}=\frac {\pi } {2}\),即 \(\theta = \frac{\pi }{{12}}\) 时, \(CH + CP\) 取得最大值,且最大值为 \(\frac{{2 + \sqrt 3 }}{4}\) 千米.

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