(本小题14分)本题共 2 小题,第 1 小题 6 分,第…——2015 高考数学第 21 题答案解析

2015_上海卷 (2015·文)

2015 上海 第 21 题 解答题 区分题
2015_上海卷 (2015·文)

21.(本小题14分)本题共 2 小题,第 1 小题 6 分,第 2 小题 8 分.

如图,$O, P, Q$ 三地有直道相通,$O Q=5$ 千米,$O P=3$ 千米,$P Q=4$ 千米.现甲、乙两警员同时从 $O$ 地出发匀速前往 $Q$ 地,经过 $t$ 小时,他们之间的距离为 $f(t)$(单位:千米) .甲的路线是 $O Q$ ,速度为 5 千米/小时,乙的路线是 $O P Q$ ,速度为 8 千米/小时.乙到达 $Q$地后原地等待.设 $t=t_{1}$ 时乙到达 $P$ 地;$t=t_{2}$ 时,乙到达 $Q$ 地.
(1)求 $t_{1}$ 与 $f\left(t_{1}\right)$ 的值;
(2)已知警员的对讲机的有效通话距离是 3 千米.当 $t_{1} \leq t \leq t_{2}$ 时,求 $f(t)$ 的表达式,并判断 $f(t)$ 在 $\left[t_{1}, t_{2}\right]$ 上得最大值是否超过 3 ?说明理由.

参考答案(1) $\frac{3}{8} h, \frac{3 \sqrt{41}}{8}$ 千米; (2) 不超过了 3 千米.

完整解析 · 逐步详解

【答案】①$\frac{3}{8} h, \frac{3 \sqrt{41}}{8}$ 千米;(2)不超过了 3 千米.
【解析】(1)根据条件知 $t_{1}=\frac{3}{8}$ ,设此时甲到达 A 点,并连接 $A P$ ,如图所示,则 $O A=5 \times \frac{3}{8}=\frac{15}{8}$ ,

所以在 $\triangle O A P$ 中,
由余弦定理得
$f\left(t_{1}\right)=A P=\sqrt{O A^{2}+O P^{2}-2 O A \cdot O P \cdot \cos \angle A O P}=\sqrt{\left(\frac{15}{8}\right)^{2}+9-\frac{45}{4} \cdot \frac{3}{5}}=\frac{3 \sqrt{41}}{8}$(千米

(2)可求得 $t_{2}=\frac{7}{8}$ ,设 $t$ 小时后,且 $\frac{3}{8} \leq t \leq \frac{7}{8}$ ,甲到达了 B 点,乙到达了 C 点,如图所示

所以 $B Q=5-5 t, C Q=7-8 t$ ,

所以在 $\triangle B C Q$ 中,

由余弦定理 $f(t)=B C=\sqrt{(5-5 t)^{2}+(7-8 t)^{2}-2(5-5 t)(7-8 t) \cdot \frac{4}{5}}=\sqrt{25 t^{2}-42 t+18}$ ,

所以 $f(t)=\sqrt{25 t^{2}-42 t+18}, \frac{3}{8} \leq t \leq \frac{7}{8}$ ,
设 $g(t)=25 t^{2}-42 t+18, \frac{3}{8} \leq t \leq \frac{7}{8}$ ,
因为函数 $g(t)$ 的对称轴为 $t=\frac{21}{25} \in\left[\frac{3}{8}, \frac{7}{8}\right]$ ,且 $g\left(\frac{3}{8}\right)=\frac{369}{64}, g\left(\frac{7}{8}\right)=\frac{25}{64}$ ,
所以 $g(t)$ 得最大值为 $\frac{369}{64}$ ,此时 $f(t)$ 的最大值为 $\frac{3 \sqrt{41}}{8}<3$ ,
所以 $f(t)$ 在 $\left[t_{1}, t_{2}\right]$ 上得最大值不超过3.
【考点定位】余弦定理的实际运用,函数的值域.

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