如图所示,PQRS 是一面高为 2.5 m、长为 7.5 m 的垂直矩形墙面。 T 是墙基 RS 处的水平地面上的一点。 ∠STR = 95° 且 ∠SRT = 40°。 X 是 ST 上的一点,使得 SX : XT 为 1 : 3。

  1. (a)

    计算 SX 的长度。

    答:... m

  2. (b)

    计算 XR 的长度。

    答:... m

  3. (c)

    计算 PT 的长度。

    答:... m

  4. (d)

    一只鸟停在沿 PQ 的墙顶边缘上,使得它从 X 处的仰角 θ 最大。求 θ。

    答:...

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完整解法

4(a)

1. Find the remaining angle in triangle $SRT$.

In △SRT\triangle SRT,
∠RST=180∘−95∘−40∘=45∘.\angle RST=180^\circ-95^\circ-40^\circ=45^\circ.

2. Use the sine rule to calculate $ST$.

Using the sine rule,
STsin⁡40∘=SRsin⁡95∘.\frac{ST}{\sin 40^\circ}=\frac{SR}{\sin 95^\circ}.
Since SR=7.5SR=7.5,
ST=7.5sin⁡40∘sin⁡95∘=4.839… m.ST=\frac{7.5\sin 40^\circ}{\sin 95^\circ}=4.839\ldots\text{ m}.

3. Use the ratio $SX:XT=1:3$ to find $SX$.

Since SX:XT=1:3SX:XT=1:3,
SX=11+3×ST=14(4.839…)=1.209… m.SX=\frac{1}{1+3}\times ST=\frac14(4.839\ldots)=1.209\ldots\text{ m}.

答案

SX=1.21 mSX = 1.21\text{ m}

4(b)

1. Identify the included angle in triangle $SXR$.

From triangle SRTSRT,
∠RST=180∘−95∘−40∘=45∘.\angle RST = 180^\circ - 95^\circ - 40^\circ = 45^\circ.
Since XX lies on STST,
∠XSR=45∘.\angle XSR = 45^\circ.

2. Apply the cosine rule to triangle $SXR$.

Using SR=7.5SR=7.5 m and SX=1.21SX=1.21 m from part (a),
XR2=SX2+SR2−2(SX)(SR)cos⁡∠XSRXR^2 = SX^2 + SR^2 - 2(SX)(SR)\cos \angle XSR
XR2=1.212+7.52−2(1.21)(7.5)cos⁡45∘.XR^2 = 1.21^2 + 7.5^2 - 2(1.21)(7.5)\cos45^\circ.

3. Evaluate and give the length of $XR$.

XR2≈44.88XR^2 \approx 44.88
XR≈44.88=6.70.XR \approx \sqrt{44.88} = 6.70.

答案

XR=6.70 mXR = 6.70\text{ m}

4(c)

1. Find $ST$ from the given ratio and earlier result for $SX$.

Since SX:XT=1:3SX:XT=1:3, SXSX is 14\dfrac14 of STST.

Using SX=1.21 mSX=1.21\text{ m},
ST=4(1.21)=4.84 m.ST=4(1.21)=4.84\text{ m}.

2. Apply Pythagoras' theorem to find $PT$.

In right-angled triangle PSTPST,
PT2=PS2+ST2PT^2=PS^2+ST^2
PT=2.52+4.842=5.446…PT=\sqrt{2.5^2+4.84^2}=5.446\ldots

So, to 3 significant figures,
PT=5.45 m.PT=5.45\text{ m}.

答案

PT=5.49 mPT = 5.49\text{ m}

4(d)

1. Identify where the bird should be for the angle of elevation to be largest.

The bird is on PQPQ, which is vertically above SRSR by 2.5 m2.5\text{ m}.

Since the height is fixed, θ\theta is largest when the horizontal distance from XX to the bird's vertical projection on SRSR is smallest.

So the bird should be vertically above the foot of the perpendicular from XX to SRSR.

2. Find the shortest horizontal distance from $X$ to $SR$.

From triangle SRTSRT,
∠RST=180∘−95∘−40∘=45∘.\angle RST = 180^\circ - 95^\circ - 40^\circ = 45^\circ.

Since XX lies on STST, ∠XSR=45∘\angle XSR = 45^\circ.

Using SX=1.21 mSX = 1.21\text{ m} from part (a),
horizontal distance=1.21sin⁡45∘\text{horizontal distance} = 1.21\sin 45^\circ
=0.8556 m.= 0.8556\text{ m}.

3. Use tangent ratio to find the maximum angle of elevation.

In the vertical right-angled triangle from XX to the bird,
tan⁡θ=2.50.8556.\tan \theta = \frac{2.5}{0.8556}.

θ=tan⁡−1(2.50.8556)\theta = \tan^{-1}\left(\frac{2.5}{0.8556}\right)
θ=71.1∘ correct to 1 decimal place.\theta = 71.1^\circ \text{ correct to 1 decimal place}.

答案

θ=71.1∘\theta = 71.1^\circ

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