本题导读
本题考查动态几何中的连杆机构最值问题。核心在于利用三角不等式将双重动点( 和 )的几何约束转化为单一空间线段 的连续取值区间(即圆环区域),随后在 中套用余弦定理建立目标量 与线段平方 的线性函数关系,从而精确求解目标范围。
📌【题干】
Question
(2026年北京卷)平面内 两点固定, .点 在以 为圆心、半径 1 的圆上(),点 满足 .则 的取值范围为()
A. B. C. D.
🔍【思路分析】
破题导航
- 第一步:锁定动点 的可达范围边界:
- 点 的轨迹是以 为圆心、半径 的圆。
- 点 围绕动点 旋转,且保持长杆距离 。
- 根据平面三角形两边之和大于第三边、两边之差小于第三边的基本几何原理,线段 的长度受制于 。其最值出现于 三点共线时,即 。几何图形上,点 被框定在一个以 为圆心、内半径为 2、外半径为 4 的同心圆环区域内。
- 第二步:在全局三角形中实施关联:
- 将视线移至固定底边的 中,已知两定长边 。
- 目标量为 ,与其相对的第三边正是动长线段 。
- 第三步:函数单调性逆向求解范围:
- 利用余弦定理将 表达为关于 的一阶线性复合函数。
- 将第一步求得的代数界限 整体代入,利用一元一次不等式组反解出 的单调边界。
✅【答案】
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A
✍【详细解析】
Abstract
由于点 满足 ,点 满足。 根据三角形不等式: 代入已知数据 :
平方:
记 。 根据余弦定理,对角线 的对边平方满足:
数值代入该方程中: 化简:
代入 中:
化简得到:
即 的取值范围为 。
故选A
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
- 核心考点:双重动点系统的三角不等式边界坍缩();余弦定理在多边形共有边中的代数桥梁作用;一元一次不等式移项及负号翻转变换。
- 核心方法:几何条件区间化法、函数单调性边界代入法。
- 避坑指南:
- 盲目设坐标消元:部分学生面对这类多动点问题,喜欢盲目建立空间直角坐标系,设 ,再设 利用两点距离公式强行联立。这样会导致方程产生大量的三角函数嵌套(如出现 形式的高维非线性方程),极易由于运算过载而崩溃。
- 忽略不等号翻转:在最后一步除以 时,务必牢记不等号方向翻转,将原大值端点变为新下界,确保区间的“左小右大”标准规范。
📖【试题探源与推广】
Tip
- 试题探源: 本题是平面向量与解三角形交汇的经典压轴选择/填空题,广泛出现于新高考全国卷及强基计划初试中。
- 结论推广: 本题在工业精密仪器设计中具有重要的理论支撑,是**“双连杆机械臂工作空间(Workspace of a Two-Link Manipulator)”**的典型数学原型。一般地,第一节臂长为 ,第二节臂长为 ,则手部末端 的可到达几何边界被物理锁死在以基座为圆心、内径为 、外径为 的同心圆环区域内。将这一物理空间约束转化为线段距离的闭区间,再代入全局余弦定理,是实现“几何约束 长度区间 目标三角函数”通用求值流程的最优解法。
🔗【关联脉络】
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