Question

如圖是一幅招貼畫(huà)的示意圖，其中ABCD是邊長(zhǎng)為2a的正方形，周?chē)�是四個(gè)全等的弓形．已知O為正方形的中心，G為AD的中點(diǎn)，點(diǎn)P在直線OG上，弧AD是以P為圓心、PA為半徑的圓的一部分，OG的延長(zhǎng)線交弧AD于點(diǎn)H．設(shè)弧AD的長(zhǎng)為l，∠APH=θ，θ∈(

π

4

，

3π

4

)．（1）求l關(guān)于θ的函數(shù)關(guān)系式；（2）定義比值

OP

l

為招貼畫(huà)的優(yōu)美系數(shù)，當(dāng)優(yōu)美系數(shù)最大時(shí)，招貼畫(huà)最優(yōu)美．證明：當(dāng)角θ滿足：θ=tan(θ-

π

4

)時(shí)，招貼畫(huà)最優(yōu)美．

Answer 1

分析：（1）先對(duì)θ所在范圍分情況求解，最后綜合即可；
（2）先根據(jù)條件求出OP=a-

acosθ

sinθ

，θ∈（

π

4

，

3π

4

）；進(jìn)而得到

OP

L

=

sinθ-cosθ

2θ

，然后借助于兩次求導(dǎo)求出函數(shù)的最大值點(diǎn)即可得到結(jié)論．

解答：解：（1）當(dāng)θ∈（

π

4

，

π

2

）時(shí)，點(diǎn)P在線段OG上，AP=

a

sinθ

；
當(dāng)θ∈（

π

2

，

3π

4

）時(shí)，點(diǎn)P在線段GH上，AP=

a

sin(π-θ)

=

a

sinθ

；
當(dāng)θ=

π

2

時(shí)，AP=a．
綜上所述AP=

a

sinθ

，θ∈（

π

4

，

3π

4

），
所以，弧AD的長(zhǎng)L=AP•2θ=

2aθ

sinθ

．
故所求函數(shù)關(guān)系式為L(zhǎng)=

2aθ

sinθ

，θ∈（

π

4

，

3π

4

）．
（2）證明：當(dāng)θ∈（

π

4

，

π

2

）時(shí)，OP=OG-PG=a-

a

tanθ

=a-

acosθ

sinθ

；
當(dāng)θ∈（

π

2

，

3π

4

）時(shí)，OP=OG+GH=a+

a

tan(π-θ)

=a-

a

tanθ

=a-

acosθ

sinθ

；
當(dāng)θ=

π

2

時(shí)，OP=a．
所以，OP=a-

acosθ

sinθ

，θ∈（

π

4

，

3π

4

）．
從而，

OP

L

=

sinθ-cosθ

2θ

，θ∈（

π

4

，

3π

4

）．
記f（θ）=

sinθ-cosθ

2θ

，θ∈（

π

4

，

3π

4

）．
則f′（θ）=

θ(cosθ+sinθ)-(sinθ-cosθ)

2θ2

令f′（θ）=0得θ（cosθ+sinθ）=sinθ-cosθ
因?yàn)棣取剩?span id="0pdfxm4" class="MathJye">

π

4

，

3π

4

）所以cosθ+sinθ≠0，從而θ=

sinθ-cosθ

sinθ+cosθ

，
顯然θ≠

π

2

，所以θ=

sinθ-cosθ

sinθ+cosθ

=

tanθ-1

tanθ+1

=tan（θ-

π

4

）
記滿足θ=tan（θ-

π

4

）的θ=θ₀．下面證明θ₀是函數(shù)f（θ）的極值點(diǎn)．
設(shè)g（θ）=θ（cosθ+sinθ）-（sinθ-cosθ），θ∈（

π

4

，

3π

4

），
則g′（θ）=θ（cosθ-sinθ）＜0上θ∈（

π

4

，

3π

4

）恒成立．
從而g（θ）在θ∈（

π

4

，

3π

4

）上單調(diào)遞減，
所以，當(dāng)θ∈（

π

4

，θ₀）時(shí)g（θ）＞0，即f′（θ）＞0，f（θ）在（

π

4

，θ₀）上單調(diào)遞增，
當(dāng)θ∈（θ₀，

3π

4

）時(shí)，g（θ）＜0，即f′（θ）＜0，f（θ）在（θ₀，

3π

4

）上單調(diào)遞減．
故f（θ）在θ=θ₀．處取得極大值也是最大值．
所以：當(dāng)θ滿足θ=tan（θ-

π

4

）時(shí)，函數(shù)f（θ）即

OP

L

取得最大值，此時(shí)招貼畫(huà)最優(yōu)美．

點(diǎn)評(píng)：本題主要考察解三角形在生活中的應(yīng)用問(wèn)題．解決本題的第二問(wèn)時(shí)涉及到了兩次求導(dǎo)來(lái)求函數(shù)的最值，難度較大．