本题导读

本题是典型的运动学背景数学建模题。核心难点在于根据两个点在不同路段上的运动状态,分段建立距离函数 的解析式。第一问考查余弦定理的直接应用,第二问考查动态过程中距离函数的最值判定。

📌【题干】

Question

(2015年上海卷(理)) 如图, 三地有直道相通, 千米, 千米, 千米.现甲、乙两警员同时从 地出发匀速前往 地,经过 小时,他们之间的距离为 (单位:千米).甲的路线是 ,速度为 千米/小时;乙的路线是 ,速度为 千米/小时.乙到达 地后原地等待.设 时乙到达 地.

(1) 求 与 的值;

(2) 已知警员对讲机的有效通话距离是 千米.当 时,求 的表达式,并判断 在 上得最大值是否超过 ?说明理由.

🔍【思路分析】

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  1. 分析运动状态与分段点:
    • 甲:速度 5,路程 ,总耗时 小时。 时刻坐标位于线段 上,离 的距离为 。
    • 乙:速度 8。
      • 段:路程 ,耗时 小时。
      • 段:路程 ,总路程 ,乙到达 地总耗时 小时。
    • 题目要求的范围 包含两个子区间:(乙在 上)和 (乙在 点等待)。
  2. (1)问思路:
    • 利用勾股定理逆定理判定 为直角三角形,求出 。
    • 时刻,乙在 点,甲在 上的 点。利用余弦定理计算 。
    1. (2)问思路:
    • 建模:在 时,利用余弦定理建立甲、乙距离关于 的二次函数。需注意乙离 点的距离或离 点的距离。
    • 最值分析:利用二次函数的对称轴与开口方向,判断其在闭区间上的最大值。

✅【答案】

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综上, 的最大值为 ,不超过

✍【详细解析】

Abstract

(1) 求 与 的值 在 中,。 因为 ,即 , 所以 是以 为直角的直角三角形。 则 。 乙从 到 耗时 。 当 时,乙在 点。 甲行进的距离 。 在 中,由余弦定理得: 所以 (千米)。

(2) 求 表达式并判断最大值 当 时,乙在线段 上。 此时乙走过的总路程为 ,其离 地的距离为 ;甲离 地的距离为 。 由于 ,在 中 。 在 时刻,设甲在 点,乙在 点,此时 。 由余弦定理: 化简得:。 当 时,乙已到达 地等待。 此时乙在 点,甲离 的距离为 。 所以 。 综合得:

最大值判定:

  1. 在 上, 是开口向上的二次函数,对称轴 。 在该区间内,最大值在端点处取得。 ; 。
  2. 在 上, 为减函数,最大值小于 。 综上, 的最大值为 ,不超过 。

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

  • 核心考点:勾股定理判定直角三角形;余弦定理求动态距离;分段函数思想。
  • 核心方法:几何坐标化/参数化。通过 表示出各段线段长度,将几何关系转化为代数函数。
  • 避坑指南:
    1. 计算 时不要用错角。
    2. 第二问中,乙到达 点后“原地等待”是一个重要的分段标志,不要遗漏。

📖【试题探源与推广】

Tip

*结论推广: 两个匀速运动质点间的距离函数 的平方通常是关于 的二次函数,其变化规律遵循二次函数的单调性。

  • 相关知识点:两点间距离公式、二次函数配方法。

🔗【关联脉络】

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