本题导读

本题考查莱洛三角形的等宽性,以及滚动过程中的轨迹分析。

📌【题干】

Question

(2011年江西卷(文)) 如图,一个”凸轮”放置于直角坐标系 轴上方,其”底端”落在原点 处,一顶点及中心 在 轴正半轴上,它的外围由以正三角形的顶点为圆心、以正三角形的边长为半径的三段等弧组成.今使”凸轮”沿 轴正向滚动前进,在滚动过程中”凸轮”每时每刻都有一个”最高点”,其中心也在不断移动位置.则在”凸轮”滚动一周的过程中,将其”最高点”和”中心点”所形成的图形按上、下放置,应大致为 ()

A. 图       B. 图       C. 图       D. 图

🔍【思路分析】

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  1. 步骤1:利用等宽曲线性质:最高点离地面距离恒为定宽
  2. 步骤2:轨迹是水平直线
  3. 步骤3:中心高度随滚动周期起伏
  4. 步骤4:轨迹是波浪线

✅【答案】

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A

✍【详细解析】

Abstract

该”凸轮”是莱洛三角形(三段等弧围成的等宽曲线),其宽度(两条平行支撑线间的距离)恒等于正三角形的边长,与滚到的位置无关。

最高点与最低点(接触点)始终是一对支撑点,二者距离恒为定宽,故最高点到 轴(地面)的距离保持不变——最高点的轨迹是一条水平直线段。

中心 到地面的距离则随滚动周期变化:当某顶点触地时 最高,当某段弧的中点触地时 最低,一周内完成三次起伏,轨迹是波浪线。

按上、下放置:上面是最高点形成的水平直线,下面是中心形成的波浪线,只有 A 符合(B 中上轨迹不是直线;C 中上轨迹是波浪;D 中两条都是直线),选 A。

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

核心考点:等宽曲线(莱洛三角形)的定宽性质;滚动中轨迹的几何分析;图象识别

核心方法:抓住”每时每刻有最高点”与等宽性:最高点轨迹退化为直线,中心轨迹起伏,两个轨迹一静一动形成对比

避坑指南:莱洛三角形的宽度恒定是本题命门——误以为最高点也随滚动起伏会选 B;中心 并非几何中心对称地起落,触地点是顶点时 最高、是弧中点时 最低,其轨迹是波浪而非直线,排除 D;“按上、下放置”指定了直线在上、波浪在下,C 的上下位置恰好颠倒。

📖【试题探源与推广】

Tip

试题探源:滚动轨迹与图象判断题与 2011-山东卷文-10、2011-北京卷文-20、2011-湖南卷文-16 同族。

结论推广:推广:任意等宽曲线(莱洛三角形、圆等)滚动时,最高点轨迹都是水平直线,而几何中心轨迹一般起伏——圆是特例(中心等高);判断滚动轨迹问题先找”不变量”(宽度、半径),不变量对应的轨迹就是直线。

方法推广:新定义图象题:把文字条件翻译成几何不变量,先排除与不变量矛盾的选项,再核对细节方向;不必求出轨迹方程。

🔗【关联脉络】

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