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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.



若为了让学生了解更多的省外高校,贴出更多高校的海报,打算让弧\(CP\)和线段\(CH\) 的长度之和最大,求此时的 \(\theta \) 的值.




知识点:第五章 一元函数的导数及其应用


参考答案:见解析


解析:


\(\theta = \frac{\pi }{{18}}\)



取线段 \(BC\) 的中点 \(O\) ,连接 \(OP\) ,则 \(\angle COP = 2\angle CBP = 2\left( {\frac{\pi }{3} - \theta } \right) = \frac{{2\pi }}{3} - 2\theta \) .



由(1)知, \(CO = \frac{1}{2}BC = \frac{1}{2}\cos \theta \)  \(CH = \sin \theta \cos \theta \) 



\(\overset {\frown } {CP}\)的长为 \(\frac{1}{2}\cos \theta \cdot \left( {\frac{{2\pi }}{3} - 2\theta } \right) = \frac{\pi }{3}\cos \theta - \theta \cos \theta \) 



 \(\overset {\frown } {CP}\) 和线段 \(CH\) 的长度之和 



\(y = \frac{\pi }{3}\cos \theta - \theta \cos \theta + \sin \theta \cos \theta \)\( = \cos \theta \left( {\frac{\pi }{3} - \theta + \sin \theta } \right)\)  \(\theta \in \left[ {\frac{\pi }{{18}},\frac{\pi }{3}} \right)\) .



 \(f\left( \theta \right) = \frac{\pi }{3} - \theta + \sin \theta \)  \(\theta \in \left[ {\frac{\pi }{{18}},\frac{\pi }{3}} \right)\)  \(g\left( \theta \right) = \cos \theta \)  \(\theta \in \left[ {\frac{\pi }{{18}},\frac{\pi }{3}} \right)\) 



 \(y = f\left( \theta \right)g\left( \theta \right)\) 



因为 \(f'\left( \theta \right) = - 1 + \cos \theta \)  \(\theta \in \left[ {\frac{\pi }{{18}},\frac{\pi }{3}} \right)\) ,所以 \(f'\left( \theta \right) = - 1 + \cos \theta < 0\) 



故函数 \(f\left( \theta \right)\) 在区间 \(\left[ {\frac{\pi }{{18}},\frac{\pi }{3}} \right)\) 上单调递减,故 \(f(\frac{{\sqrt 3 }}{2}) < f(\theta ) \leqslant f\left( {\frac{\pi }{{18}}} \right)\) .



易知函数 \(g\left( \theta \right)\) 在区间 \(\left[ {\frac{\pi }{{18}},\frac{\pi }{3}} \right)\) 上也单调递减,所以 \(\frac{1}{2} < g\left( \theta \right) \leqslant g\left( {\frac{\pi }{{18}}} \right)\) 



所以 \(f\left( \theta \right)g\left( \theta \right) \leqslant f\left( {\frac{\pi }{{18}}} \right) \cdot g\left( {\frac{\pi }{{18}}} \right)\) 



所以当且仅当 \(\theta = \frac{\pi }{{18}}\) 时, \(\overset {\frown } {CP}\) 和线段 \(CH\) 的长度之和最大.


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