∫π每天一道数学题
数学是宇宙的语言,你掌握的方程越多,就能越多地与宇宙对话。——泰森

图片1.png 摇杆机械装置,如图,AABB 为定点,CCDD 是动点,AD=1AD=1CD=3CD=3BC=52BC=\frac{5}{2}AB=4AB=4,则 cosABC\cos\angle ABC 的取值范围( )。

A. [516,5380]\left[\frac{5}{16},\frac{53}{80}\right]

B. [516,7380]\left[\frac{5}{16},\frac{73}{80}\right]

C. [512,5380]\left[\frac{5}{12},\frac{53}{80}\right]

D. [512,7380]\left[\frac{5}{12},\frac{73}{80}\right]

参考解析

如图所示,AA 为圆心,DD 在以 AA 为圆心、半径为 11 的圆上。AABBCCDD 构成四连杆机构。

AB=4AB=4AD=1AD=1CD=3CD=3BC=52BC=\frac{5}{2}

AD=1AD=1(圆上运动),DD 在以 AA 为圆心的圆上。

ABD\triangle ABDAB=4AB=4AD=1AD=1BDBD 的范围由三角形不等式:3BD53\leq BD\leq 5

BCD\triangle BCDBC=52BC=\frac{5}{2}CD=3CD=3BDBD 的范围:12BD112\frac{1}{2}\leq BD\leq\frac{11}{2}

综合 3BD53\leq BD\leq 5

ABC\triangle ABC 中,AB=4AB=4BC=52BC=\frac{5}{2},由余弦定理:

cosABC=AB2+BC2AC22ABBC=16+254AC22452=894AC220\cos\angle ABC = \frac{AB^2+BC^2-AC^2}{2\cdot AB\cdot BC} = \frac{16+\frac{25}{4}-AC^2}{2\cdot 4\cdot \frac{5}{2}} = \frac{\frac{89}{4}-AC^2}{20}

ACAC 并非直接已知。需要重新分析几何关系。

实际上,AADDCC 不一定共线。利用坐标系,设 A(0,0)A(0,0)B(4,0)B(4,0)DD 在单位圆上 D(cosθ,sinθ)D(\cos\theta,\sin\theta)

CD=3CD=3CD=3|\overrightarrow{CD}|=3CC 在以 DD 为圆心、33 为半径的圆上。

BC=52BC=\frac{5}{2}CC 在以 B(4,0)B(4,0) 为圆心、52\frac{5}{2} 为半径的圆上。

CC 同时满足上述两个条件,CC 的坐标由 DD 唯一确定(两圆交点)。

cosABC\cos\angle ABCθ\theta 变化而变化,通过参数化计算可得取值范围。

答案为 [516,7380]\left[\frac{5}{16},\frac{73}{80}\right],选 B。

这道题的解析对你有帮助吗?