(5分)(2010•北京)如图放置的边长为 1 的正方形…——2010 高考数学第 14 题答案解析

2010_北京卷 (2010·理)

2010 北京 第 14 题 填空题 区分题
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14.(5分)(2010•北京)如图放置的边长为 1 的正方形 PABC 沿 x 轴滚动.设顶点 $\mathrm{P}(\mathrm{x}, \mathrm{y}$ )的轨迹方程是 $y=f(x)$ ,则 $f(x)$ 的最小正周期为 $\_\_\_\_$ 4
; $\mathrm{y}=\mathrm{f}(\mathrm{x})$ 在其两个相邻零点间的图象与 x 轴所围区域的面积为 $\_\_\_\_$ $\pi+1$ .

参考答案$4, \pi+1$

完整解析 · 逐步详解

【考点】函数的图象与图象变化.
【专题】函数的性质及应用。
【分析】正方形 PABC 沿 x 轴滚动"包括沿 x 轴正方向和沿 x 轴负方向滚动。沿 x 轴正方向滚动指的是先以顶点 A 为中心顺时针旋转,当顶点 B 落在 x 轴上时,再以顶点 B 为中心顺时针旋转,如此继续。类似地,正方形 PABC 可以沿 x 轴负方向滚动。
【解答】解:从某一个顶点(比如A)落在 x 轴上的时候开始计算,到下一次 A 点落在 x 轴上 ,
这个过程中四个顶点依次落在了 x 轴上,而每两个顶点间距离为正方形的边长 1 ,因此该函数的周期为 4 .
下面考察 P 点的运动轨迹,不妨考察正方形向右滚动,

P 点从 x 轴上开始运动的时候,首先是围绕 A 点运动 $\frac{1}{4}$ 个圆,该圆半径为 1 ,
然后以 B 点为中心,滚动到 C 点落地,其间是以 BP 为半径,旋转 $90^{\circ}$ ,
然后以 C 为圆心,再旋转 $90^{\circ}$ ,这时候以 CP 为半径,
因此最终构成图象如下:

故其与x轴所围成的图形面积为
$S=2 \times \frac{1}{4} \times \pi \times 1^{2}+\frac{1}{4} \times \pi \times(\sqrt{2})^{2}+2 \times \frac{1}{2} \times 1 \times 1=\pi+1$.
故答案为: $4, \pi+1$
【点评】本题考查的知识点是函数图象的变化,其中根据已知画出正方形转动过程中的一个周期内的图象,利用数形结合的思想对本题进行分析是解答本题的关键。

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