(2013•徐州三模)已知一块半径为r的残缺的半圆形材料ABC,O为半圆的圆心,OC=12r,残缺部分位于过点C的竖直线

(2013•徐州三模)已知一块半径为r的残缺的半圆形材料ABC,O为半圆的圆心,OC=
1
2
r
,残缺部分位于过点C的竖直线的右侧.现要在这块材料上截出一个直角三角形,有两种设计方案:如图甲,以BC为斜边;如图乙,直角顶点E在线段OC上,且另一个顶点D在
AB
上.要使截出的直角三角形的面积最大,应该选择哪一种方案?请说明理由,并求出截得直角三角形面积的最大值.
gand1 1年前 已收到1个回答 举报

ysl246 幼苗

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解题思路:在图形甲中,BC的长度为[3r/2],设出∠DBC=α,把BD和DC都用r和角α表示,利用三角函数求直角三角形BDC面积的最大值;在图形乙中,设出∠DOE=θ,利用平面几何知识得到角θ的范围,把DE和BE用r和θ表示,写出三角形BED的面积后,利用导数分析单调性,由单调性求最值,最后比较两种情况下面积最大值的大小.

如图甲,

设∠DBC=α(0<α<
π
2),
则BD=
3r
2cosα,DC=
3r
2sinα,
所以S△BDC=
1
2BD•DC=
1
2•
3r
2cosα•
3r
2sinα
=[9/16r2sin2α≤
9
16r2,
当且仅当α=
π
4]时取等号,
此时点D到BC的距离为[3/4r,可以保证点D在半圆形材料ABC内部,
因此按照图甲方案得到直角三角形的最大面积为
9
16r2.
如图乙,

设∠EOD=θ,则OE=rcosθ,DE=rsinθ,
所以S△BDE=
1
2r2(1+cosθ)sinθ,θ∈[
π
3,
π
2].
设f(θ)=
1
2r2(1+cosθ)sinθ,则f′(θ)=
1
2r2(1+cosθ)(2cosθ−1),
当θ∈[
π
3,
π
2]时,f'(θ)≤0,所以θ=
π
3]时,即点E与点C重合时,△BDE的面积最大值为
3
3
8r2.
因为
3

点评:
本题考点: 导数在最大值、最小值问题中的应用;三角形的面积公式.

考点点评: 本题考查了导数在最大值和最小值中的应用,考查了利用三角函数求几何图形的面积,解答此题的关键是把三角形的面积用变量角表示,图形乙中对角的范围的分析不可忽视,此题属中档题.

1年前

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