如图,某人在垂直于水平地面ABC的墙面前的点A处进行射击训练,已知点A到墙面的距离为AB,某目标点P沿墙面上的射线CM移动,此人为了准确瞄准目标点P,需计算由点A观察点P的仰角θ的大小(仰角θ为直线AP与平面ABC所成的角).若AB=15m,AC=25m,∠BCM=30°,则tanθ的最大值是( )
分析:
在直角三角形ABC中,由AB与AC的长,利用勾股定理求出BC的长,过P作PP′⊥BC,交BC于点P′,连接AP′,利用锐角三角函数定义表示出tanθ=$\frac {PP′}{AP′}$,设BP′=m,则CP′=20-m,利用锐角三角函数定义表示出PP′,利用勾股定理表示出AP′,表示出tanθ,即可确定出tanθ的值.
解答:
解:∵AB=15cm,AC=25cm,∠ABC=90°,
∴BC=20cm,
过P作PP′⊥BC,交BC于P′,连接AP′,则tanθ=$\frac {PP′}{AP′}$,
设BP′=x,则CP′=20-x,
由∠BCM=30°,得PP′=CP′tan30°=$\frac {$\sqrt {3}$}{3}$(20-x),
在直角△ABP′中,AP′=$\sqrt {}$,
∴tanθ=$\frac {$\sqrt {3}$}{3}$•$\frac {20-x}{$\sqrt {}$}$,
令y=$\frac {20-x}{$\sqrt {}$}$,则函数在x∈[0,20]单调递减,
∴x=0时,取得最大值为$\frac {20$\sqrt {3}$}{45}$=$\frac {4$\sqrt {3}$}{9}$,
若P′在CB的延长线上,PP′=CP′tan30°=$\frac {$\sqrt {3}$}{3}$(20+x),
在直角△ABP′中,AP′=$\sqrt {}$,
∴tanθ=$\frac {$\sqrt {3}$}{3}$•$\frac {20+x}{$\sqrt {}$}$,
令y=$\frac {(20+x)}{225+x}$,则y′=0可得x=$\frac {45}{4}$时,函数取得最大值$\frac {5$\sqrt {3}$}{9}$,
则tanθ的最大值是$\frac {5$\sqrt {3}$}{9}$.
点评:
此题考查了正弦定理,锐角三角函数定义,以及解三角形的实际应用,弄清题意是解本题的关键.
如图,游客从某旅游景区的景点A处下山至C处有两种路径.一种是从A沿直线步行到C,另一种是先从A沿索道乘缆车到B,然后从B沿直线步行到C.现有甲、乙两位游客从A处下山,甲沿AC匀速步行,速度为50m/min.在甲出发2min后,乙从A乘缆车到B,在B处停留1min后,再从匀速步行到C.假设缆车匀速直线运动的速度为130m/min,山路AC长为1260m,经测量,cosA=$\frac {12}{13}$,cosC=$\frac {3}{5}$
(1)索道AB=m;
(2)乙在缆车上与甲的距离最短时,乙出发了分钟.
分析:
(1)作出相应的图形,根据cosC的值,求出tanC的值,设出BD表示出DC,由cosA的值,求出tanA的值,由BD表示出AD,进而表示出AB,由CD+AD=AC,列出关于k的方程,求出方程的解得到k的值,即可确定出AB的长;
(2)设乙出发xmin后到达点M,此时甲到达N点,如图所示,表示出AM与AN,在三角形AMN中,由余弦定理列出关系式,将表示出的AM,AN及cosA的值代入表示出MN_,利用二次函数的性质即可求出MN取最小值时x的值.
解答:
解:(1)∵cosA=$\frac {12}{13}$,cosC=$\frac {3}{5}$,
∴tanA=$\frac {5}{12}$,tanC=$\frac {4}{3}$,
如图作BD⊥CA于点D,
设BD=20k,则DC=15k,AD=48k,AB=52k,
由AC=63k=1260m,解得:k=20,
则AB=52k=1040m;
(2)设乙出发xmin后到达点M,此时甲到达N点,如图所示,
则AM=130xm,AN=50(x+2)m,
由余弦定理得:MN_=AM_+AN_-2AM•ANcosA=7400x-14000x+10000,
其中0≤x≤8,当x=$\frac {35}{37}$min时,MN最小,此时乙在缆车上与甲的距离最短.
点评:
此题考查了余弦定理,锐角三角函数定义,以及勾股定理,利用了分类讨论及数形结合的思想,属于解直角三角形题型.
某兴趣小组测量电视塔AE的高度H(单位:m),如示意图,垂直放置的标杆BC的高度h=4m,仰角∠ABE=α,∠ADE=β.该小组分析若干测得的数据后,认为适当调整标杆到电视塔的距离d(单位:m),使α与β之差较大,可以提高测量精确度.若电视塔的实际高度为125m,当α-β最大时,d为( )
分析:
先用d分别表示出tanα和tanβ,再根据两角和公式,求得tan(α-β)=$\frac {h}{d+$\frac {H(H-h)}{d}$}$,再根据均值不等式可知当d=$\sqrt {H(H-h)}$=$\sqrt {125×121}$=55$\sqrt {5}$时,tan(α-β)有最大值即α-β有最大值,得到答案.
解答:
解:由题设知d=AB,得tanα=$\frac {H}{d}$,tanβ=$\frac {H}{AD}$=$\frac {h}{DB}$=$\frac {H-h}{d}$,
tan(α-β)=$\frac {tanα-tanβ}{1+tanα•tanβ}$=$\frac {$\frac {H}{d}$-$\frac {H-h}{d}$}{1+$\frac {H}{d}$•$\frac {H-h}{d}$}$=$\frac {hd}{d_+H(H-h)}$=$\frac {h}{d+$\frac {H(H-h)}{d}$}$
d+$\frac {H(H-h)}{d}$≥2$\sqrt {H(H-h)}$,(当且仅当d=$\sqrt {H(H-h)}$=$\sqrt {125×121}$=55$\sqrt {5}$时,取等号)
故当d=55$\sqrt {5}$时,tan(α-β)最大.
因为0<β<α<$\frac {π}{2}$,则0<α-β<$\frac {π}{2}$,所以当d=55$\sqrt {5}$时,α-β最大.
故所求的d是55$\sqrt {5}$m.
点评:
本题主要考查解三角形的知识、两角差的正切及不等式的应用.当涉及最值问题时,可考虑用不等式的性质来解决.
如图,为了解某海域海底构造,在海平面内一条直线上的A、B、C三点进行测量.已知AB=50 m,BC=120 m,于A处测得水深AD=80 m,于B处测得水深BE=200 m,于C处测得水深CF=110 m,cos∠DEF=.
分析:
先利用勾股定理分别求得DF,DE和EF,进而利用余弦定理求得cos∠DEF的值.
解答:
解:如图作DM∥AC交BE于N,交CF于M.
DF=$\sqrt {}$=$\sqrt {}$=10$\sqrt {298}$(m),
DE=$\sqrt {}$=$\sqrt {}$=130(m),
EF=$\sqrt {}$=$\sqrt {}$=150(m).
在△DEF中,由余弦定理的变形公式,得
cos∠DEF=$\frac {DE_+EF_-DF}{2DE•EF}$=$\frac {130_+150_-10_×298}{2×130×150}$=$\frac {16}{65}$.
点评:
本题主要考查了解三角形问题的实际应用.综合考查了三角形问题中勾股定理,余弦定理的灵活运用.
一艘轮船以22$\sqrt {6}$km/h速度向正北方向航行,在A处看灯塔S在船的北偏东45°方向,1小时30分钟后船行到B处,在B处看灯塔S在船的南偏东75°方向上,则灯塔S与B的距离为km.
分析:
确定△ABS中的已知边与角,利用正弦定理,即可求得结论.
解答:
解:由题意,△ABS中,∠A=45°,∠B=75°,AB=33$\sqrt {6}$km/h
∴∠S=60°
∴由正弦定理,可得BS=$\frac {AB•sinA}{sinS}$=$\frac {33$\sqrt {6}$•$\frac {$\sqrt {2}$}{2}$}{$\frac {$\sqrt {3}$}{2}$}$=66
故答案为:66km
点评:
本题考查正弦定理,考查学生的计算能力,属于基础题.
如图,一船由西向东航行,测得某岛M的方位角为α,前进5km后,测得此岛的方位角为β,已知该岛周围3km内有暗礁,现该船继续东行,若α=60°,β=45°,问该船有无触礁危险?
分析:
确定∠AMC、∠BMC,利用AB=5,求出MC与3比较,即可得到结论.
解答:
解:∵α=60°,β=45°,∴在Rt△MCA中,∠AMC=60°,在Rt△MCB中,∠BMC=45°,
∵AB=5,∴$\sqrt {3}$MC-MC=5
∴MC=$\frac {5}{$\sqrt {3}$-1}$=$\frac {5($\sqrt {3}$+1)}{2}$>3
∴该船没有触礁危险.------------------(8分)
点评:
本题考查利用数学知识解决实际问题,考查学生分析解决问题的能力,属于基础题.
某观察站C与两灯塔A、B的距离分别为300米和500米,测得灯塔A在观察站C北偏东30°,灯塔B在观察站C正西方向,则两灯塔A、B间的距离为( )
分析:
根据题意,△ABC中,AC=300米,BC=500米,∠ACB=120°,利用余弦定理可求得AB的长
解答:
解:由题意,△ABC中,AC=300米,BC=500米,∠ACB=120°
利用余弦定理可得:AB_=300_+500_-2×300×500×cos120°
∴AB=700米
故选:C.
点评:
本题以方位角为载体,考查三角形的构建,考查余弦定理的运用,属于基础题.
在特定时段内,以点E为中心的5海里以内海域被设为警戒水域.点E正南30海里处有一个雷达观测点A.某时刻测得一艘匀速直线行驶的船只位于点A南偏东45°且与点A相距20$\sqrt {2}$海里的位置B,经过40分钟又测得该船已行驶到点A南偏东45°+θ(其中cosθ=$\frac {5}{$\sqrt {26}$}$,0<θ<$\frac {π}{2}$)且与点A相距5$\sqrt {13}$海里的位置C.从C点到进入警戒水域,船还要行驶的时间为小时.
分析:
以A为原点建立平面直角坐标系,求出点E(0,30)到直线BC的距离为d=2$\sqrt {5}$<5所以船会进入警戒水域,求出GC,即可求得结论.
解答:
解:如图所示,以A为原点建立平面直角坐标系,
设点B(x$_1$,y$_1$),C(x$_2$,y$_2$),BC与x轴的交点为D.
由题设有,x$_1$=20,y$_1$=-20,x$_2$=ACcos∠CAD=15,y$_2$=-ABsin∠CAD=-10
所以过点B,C的直线l的斜率-2,直线l方程为:y=-2x+20,
又点E(0,30)到直线BC的距离为d=2$\sqrt {5}$<5
所以船会进入警戒水域.
又设直线BC上点G(x,20-2x)到点E距离为5.
则(x-0)_+(20-2x-30)_=25,
∴x=-3或-5
由图形易知G(-3,26),则GC=18$\sqrt {5}$
所以从C点到进入警戒水域,船还要行驶18$\sqrt {5}$÷$\frac {15$\sqrt {5}$}{2}$=2.4(小时).
点评:
本题主要考查正弦定理、余弦定理的应用,考查学生的运算能力、综合考虑问题的能力.
如图所示,C、D、A三点在同一水平线上,AB是塔的中轴线,在C$_1$、D$_1$两处测得塔顶部B处的仰角分别是α=30°和β=60°,如果C、D间的距离是20m,测角仪CC$_1$=DD$_1$=1.5m,则塔高为( )(精确到0.1m)
分析:
求出∠BD$_1$C$_1$,由三角形的内角和公式求出∠D$_1$BC$_1$,判断△BC$_1$D$_1$是等腰三角形,BD$_1$=C$_1$D$_1$=20,由AB=1.5+BD$_1$sin60°,运算求得结果.
解答:
解:由题意可得∠BD$_1$C$_1$=180°-60°=120°,∴∠D$_1$BC$_1$=180°-120°-30°=30°,
∴△BC$_1$D$_1$是等腰三角形,∴BD$_1$=C$_1$D$_1$=20,故AB=1.5+BD$_1$sin60°=1.5+10$\sqrt {3}$=18.8(cm),
故选:A.
点评:
本题考查直角三角形中的边角关系的应用,求出BD$_1$=C$_1$D$_1$=20,是解题的关键.
如图所示,我舰在敌岛A南偏西50°相距12海里的B处,发现敌舰正由岛A沿北偏西10°的方向以每小时10海里的速度航行,我舰要用2小时在C处追上敌舰,则需要的速度是海里/小时.
分析:
由题意推出∠BAC=120°,利用余弦定理求出BC=28,然后推出我舰的速度;
解答:
解:依题意,∠BAC=120°,AB=12,AC=10×2=20,
在△ABC中,由余弦定理,得BC_=AB_+AC_-2AB×AC×cos∠BAC=12_+20_-2×12×20×cos120°=784.
解得BC=28.所以我舰的速度为 $\frac {BC}{2}$=14海里/小时.
故答案为:14海里/小时.
点评:
本题是中档题,考查三角函数在实际问题中的应用,余弦定理的应用,考查计算能力.
南海中学校园内建有一块矩形草坪ABCD,AB=50米,BC=25$\sqrt {3}$米,为了便于师生平时休闲散步,总务科将在这块草坪内铺设三条小路OE、EF和OF,考虑到校园整体规划,要求O是AB的中点,点E在边BC上,点F在边AD上且∠EOF=90°,如图所示.设∠BOE=α,试将△OEF的面积S表示成α的函数关系式,此函数的定义域是( )
分析:
要将△OEF的周长l表示成α的函数关系式,需把△OEF的三边分别用含有α的关系式来表示,而OE,OF,分别可以在Rt△OBE,Rt△OAF中求解,利用勾股定理可求EF,从而可求.
解答:
解:∵在Rt△BOE中,OB=25,∠B=90°,∠BOE=α,
∴OE=$\frac {25}{cosα}$
在Rt△AOF中,OA=25,∠A=90°,∠AFO=α,
∴OF=$\frac {25}{sinα}$.
又∠EOF=90°,
∴EF=$\frac {25}{cosαsinα}$,
∴l=OE+OF+EF=$\frac {25}{cosα}$+$\frac {25}{sinα}$+$\frac {25}{cosαsinα}$=$\frac {25(sinα+cosα+1)}{cosαsinα}$.
当点F在点D时,这时角α最小,求得此时α=$\frac {π}{6}$;
当点E在C点时,这时角α最大,求得此时α=$\frac {π}{3}$.
故此函数的定义域为[$\frac {π}{6}$,$\frac {π}{3}$].
点评:
本题主要考查了借助于三角函数解三角形在实际问题中的应用,考查了利用数学知识解决实际问题的能力及推理运算的能力.
某观测站C在城A的南偏西15°方向,从城A出发有一条公路,走向是南偏东30°,在C处测得距C处7km的公路上B处有一辆汽车正沿着公路向A城开去,开3km后,到达D处,测得CD=5km.观测站C与城A的距离是( )
分析:
通过三角形CBD,利用余弦定理求出∠CDB,在△ACD中,利用正弦定理求出AC的长即可.
解答:
解:△CBD中,cos∠CDB=$\frac {AC_+CD_-AD_}{2•AC•CD}$=$\frac {5_+3_-7}{2•5•3}$=-$\frac {1}{2}$,
∴∠CDB=120°…(4分)
△ACD中,∠A=45°,∠ADC=60°,∠ACD=75°…(6分)
∵$\frac {5}{sin45°}$=$\frac {AC}{sin60°}$,
∴AC=$\frac {5$\sqrt {6}$}{2}$(km)…(10分)
点评:
本题是中档题,考查三角形中正弦定理与余弦定理的应用,注意方位角的处理,考查计算能力.
在O点测量到远处有一物体在做匀速直线运动,开始时该物体位于P点,一分钟后,其位置在Q点,且∠POQ=90°,再过两分钟后,该物体位于R点,且∠QOR=30°,则tan∠OPQ的值为( )
分析:
根据题意设PQ=x,可得QR=x,∠POQ=90°,∠QOR=30°,∠OPQ+∠R=60°.算出∠R=60°-∠OPQ,分别在△ORQ、△OPQ中利用正弦定理,计算出OQ长,再建立关于∠OPQ的等式,解之即可求出tan∠OPQ的值.
解答:
解:根据题意,设PQ=x,则QR=x,
∵∠POQ=90°,∠QOR=30°,∴∠OPQ+∠R=60°,即∠R=60°-∠OPQ
在△ORQ中,由正弦定理得$\frac {OQ}{sin∠R}$=$\frac {QR}{sin30°}$
∴OQ=$\frac {x•sin∠R}{sin30°}$=2xsin∠R=2xsin(60°-∠OPQ)
在△OPQ中,由正弦定理得OQ=$\frac {OP}{sin90°}$×sin∠OPQ=xsin∠OPQ
∴2xsin(60°-∠OPQ)=xsin∠OPQ
∴2sin(60°-∠OPQ)=sin∠OPQ
∴2($\frac {$\sqrt {3}$}{2}$cos∠OPQ-$\frac {1}{2}$sin∠OPQ)=sin∠OPQ
整理得$\sqrt {3}$cos∠OPQ=2sin∠OPQ,所以tan∠OPQ=$\frac {sin∠OPQ}{cos∠OPQ}$=$\frac {2}{$\sqrt {3}$}$=$\frac {2$\sqrt {3}$}{3}$.
故选:B
点评:
本题考查利用正弦定理解决实际问题,要把实际问题转化为数学问题,利用三角函数有关知识进行求解是解决本题的关键.
如图,CD是一座铁塔,线段AB和塔底D在同一水平地面上,在A,B两点测得塔顶C的仰角分别为30°和45°,又测得AB=12m,∠ADB=30°,则此铁塔的高度为m.
分析:
先确定AD,BD的长,再利用余弦定理,即可求得铁塔的高度.
解答:
解:设铁塔的高度为h米,
∵A,B两点测得塔顶C的仰角分别为30°和45°,
∴AD=CDtan(90°-30°)=$\sqrt {3}$h,BD=h,
在△ABD中,AB=12,∠ADB=30°,∴由余弦定理AB_=BD_+AD_-2AD•BDcos∠ADB,
可得12_=3h_+h_-2×$\sqrt {3}$h×h×cos30°,∴12_=h_
解得h=12米.
故答案为:12.
点评:
本题考查解三角形的实际应用,考查余弦定理,考查学生的计算能力,属于中档题.
如图,CD是一座铁塔,线段AB和塔底D在同一水平地面上,在A,B两点测得塔顶C的仰角分别为60°和45°,又测得AB=24m,∠ADB=30°,则此铁塔的高度为( )m.
分析:
先利用锐角三角函数定义确定AD,BD的长,再利用余弦定理,即可求得铁塔的高度.
解答:
解:设铁塔的高度为hm,则
∵A,B两点测得塔顶C的仰角分别为60°和45°,
∴AD=CDtan(90°-60°)=$\frac {$\sqrt {3}$}{3}$hm,BD=hm,
在△ABD中,AB=24m,∠ADB=30°,
∴由余弦定理可得24_=$\frac {1}{3}$h_+h_-2×$\frac {$\sqrt {3}$}{3}$h×h×cos30°,
整理得:h_=3×24_,
∴h=24$\sqrt {3}$m.
故选A
点评:
此题考查了余弦定理,以及特殊角的三角函数值,熟练掌握余弦定理是解本题的关键.
一艘船上午9:30在A处,测得灯塔S在它的北偏东30°处,且与它相距8$\sqrt {2}$海里,之后它继续沿正北方向匀速航行,上午10:00到达B处,此时又测得灯塔S在它的北偏东75°,此船的航速是( )
分析:
由题意及图形在△ABS中,已知∠BAS=30°,∠ASB=45°,又已知三角形ABS中边AS=8$\sqrt {2}$海里,先求出边AB的长,再利用物理知识解出.
解答:
解:∵在△ABS中,已知∠BAS=30°,∠ASB=45°,且边AS=8$\sqrt {2}$海里,
∴利用正弦定理可得:$\frac {AB}{sin45°}$=$\frac {AS}{sin105°}$
∴AB=8($\sqrt {6}$-$\sqrt {2}$),
∵从A到S匀速航行时间为半个小时,
∴速度应为:$\frac {8($\sqrt {6}$-$\sqrt {2}$)}{$\frac {1}{2}$}$=16($\sqrt {6}$-$\sqrt {2}$)海里/小时.
故选:D.
点评:
本题以实际问题为载体,考查正弦定理的运用,考查了学生的物理知识,属于基础题.
如图,△ABC是简易遮阳棚,A、B是南北方向上两个定点,正东方向射出的太阳光线与地面成40°角,为了使遮阴影面ABD面积最大,遮阳棚ABC与地面所成的角为( )
分析:
作CE⊥平面ABD于E,则∠CDE是太阳光线与地面所成的角,延长DE交直线AB于F,连接CF,则∠CFD是遮阳棚与地面所成的角,设为α,进而可知要使S_△ABD最大,只需DF最大.利正弦定理求得DF的表达式,利用正弦函数的性质求得DF的最大值时α的值.
解答:
解:作CE⊥平面ABD于E,则∠CDE是太阳光线与地面所成的角,即∠CDE=40°,延长DE交直线AB于F,连接CF,则∠CFD是遮阳棚与地面所成的角,设为α.要使S_△ABD最大,只需DF最大.
在△CFD中,$\frac {CF}{sin40°}$=$\frac {DF}{sin(140_-α)}$.
∴DF=$\frac {CF•sin(140°-α)}{sin40°}$.
∵CF为定值,
∴当α=50°时,DF最大.
故遮阳棚ABC与地面所成的角为50°时遮阴影面最大.
故选C
点评:
本题主要考查了解三角形的实际应用和正弦定理的运用.考查了学生运用数学基础知识解决实际问题的能力.
如图,已知在某点B处测得建筑物AE的顶端A的仰角为θ,沿BE方向前进30m至点C处,测得顶端A的仰角为2θ,再继续前进10$\sqrt {3}$m至点D处,测得顶端A的仰角为4θ,则建筑物AE的高为m.
分析:
由题意及仰角的定义,利用数形结合的思想,利用图形中角与角的联系,求出θ=15°,即可得出结论.
解答:
解:由已知BC=30m,CD=10$\sqrt {3}$m,∠ABE=θ,∠ACE=2θ,∠ADE=4θ,
在Rt△ABE中,BE=AEcotθm,
在Rt△ACE中,CE=AEcot2θm,
∴BC=BE-CE=AE(cotθ-cot2θ)m,
同理可得:CD=AE(cot2θ-cot4θ)m,
∴$\frac {BC}{CD}$=$\frac {AE(cotθ-cot2θ)}{AE(cot2θ-cot4θ)}$,
即$\frac {cotθ-cot2θ}{cot2θ-cot4θ}$=$\sqrt {3}$,
而cotθ-cot2θ=$\frac {cosθ}{sinθ}$-$\frac {cos2θ}{sin2θ}$=$\frac {cosθsin2θ-sinθcos2θ}{sinθsin2θ}$=$\frac {1}{sin2θ}$;
同理可得cot2θ-cot4θ=$\frac {cos2θ}{sin2θ}$-$\frac {cos4θ}{sin4θ}$=$\frac {cos2θsin4θ-sin2θcos4θ}{sin2θsin4θ}$=$\frac {1}{sin4θ}$,
∴$\frac {sin4θ}{sin2θ}$=2cos2θ=$\sqrt {3}$,
∴cos2θ=$\frac {$\sqrt {3}$}{2}$,结合题意可知:2θ=30°,θ=15°,
∴AE=$\frac {BC}{cotθ-cot2θ}$=BCsin2θ=15m.
故答案为:15
点评:
此题属于解三角形题型,涉及的知识有:锐角三角函数定义,同角三角函数间的基本关系,二倍角的正弦函数公式,两角和与差的正弦函数公式,熟练掌握公式是解本题的关键.