這是2022年高考數學理科全國甲卷的填空壓軸題,是一道比較少見的解三角形還要結合求導的問題。我們一般解三角形的題目中很少出現需要求導的情況,反之求導問題多數與函數單調性有關,也比較少出現解三角形的情況。這道題很好地把兩者給結合在了一起。
已知△ABC中,點D在邊BC上,∠ADB=120度,AD=2,CD=2BD,當AC/AB取得最小值時,BD=_______.
分析:首先,要做一個草圖,否則很難明白題目在說什麼。這個圖非常簡單,但是往往越簡單的圖形,越不知道往哪裡入手。在經過多次快速嘗試錯誤之後,老黃才終于找到了它的突破口。
這道題的第一步要重複運用“餘弦定理”兩次。分别表示三角形ABC的兩條邊的平方,即:
AC^2=CD^2 AD^2-2CD·ADcos60度=4BD^2-4BD 4,
一方面角ADC=180度-角ADB=180度-120度=60度,因為兩個角是互為鄰補角。另一方面,把AC方轉換成關于BD的二次函數,下面同理:
AB^2=BD^2 AD^2-2BD·ADcos120度=BD^2 2BD 4,
以上是解三角形的部分。接下來想辦法把AC/AB轉換成關于BD的函數,就要進入求導的部分了。求兩者的比,得到AC^2/AB^2=4(BD^2-BD 1)/(BD^2 2BD 4),顯然,隻要AC^2/AB^2最小,AC/AB就最小。所以我們隻要求AC^2/AB^2最小時的BD,就可以了。
為了讓大家(包括老黃)更适應,把上式轉化成:f(x)=(x2-x 1)/(x2 2x 4), 其中f(x)=AC^2/AB^2, x=BD. 現在就可以利用求導的方法,來求最小值點了。
即 f’(x)=3(x^2 2x-2)/(x^2 2x 4)^2,可以發現,函數f(x)有兩個極值點。做為一道填空題,我們不必把兩個極值都求出來,再比較大小,從而得到最小值。而是根據兩個極值點的符号性質就可以做出判斷。由于其中一個極值點是負數,而BD一定是正數,所以可以排除,從而隻剩下一個極值點,這個極值點就一定是最小值點。它就是x=根号3-1.
即當AC/AB取得最小值時,BD=根号3-1.
這樣的題目對大多數人來說,不算特别難(對老黃來說特别難,老黃隻是當了一回事後諸葛亮),但很有創新性。高考數學應該多出一些這樣的題。
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