图中显示了一张长方形桌子 ABCD 的摆放方式,使得边 AD 与墙壁成 θ\theta 角。AB 和 BC 的长度分别为 0.7 m 和 1.8 m。从 C 到墙壁的垂直距离为 LL 米。

  1. ((i))

    清晰地解释为什么 L=1.8sin⁡θ+0.7cos⁡θL = 1.8\sin\theta + 0.7\cos\theta。

  2. ((ii))

    将 LL 表示为 Rcos⁡(θ−α)R\cos(\theta-\alpha) 的形式,其中 R>0R>0 且 0∘<α<90∘0^\circ<\alpha<90^\circ。

  3. ((iii))

    由此,指出 LL 的最大值并求出对应的 θ\theta 值。

  4. ((iv))

    求当 L=2.5L = \sqrt{2.5} 时 θ\theta 的值。

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完整解法

9((i))

1. Find the perpendicular component contributed by side $BC$.

Since ADAD is inclined at angle θ\theta to the wall and BC∥ADBC\parallel AD, side BCBC also makes angle θ\theta with the wall.

Hence the component of BCBC perpendicular to the wall is
1.8sin⁡θ.1.8\sin\theta.

2. Find the perpendicular component contributed by side $AB$ and add the components.

Since AB⊥BCAB\perp BC, the component of ABAB perpendicular to the wall is
0.7cos⁡θ.0.7\cos\theta.

Therefore the total perpendicular distance from CC to the wall is
L=1.8sin⁡θ+0.7cos⁡θ.L=1.8\sin\theta+0.7\cos\theta.

答案

The perpendicular distance of CC from the wall is the sum of the perpendicular components of BCBC and ABAB:
L=1.8sinθ+0.7cosθ.L=1.8\\sin\theta+0.7\\cos\theta.

9((ii))

1. Expand the required form using the cosine compound-angle formula.

Rcos⁡(θ−α)=R(cos⁡θcos⁡α+sin⁡θsin⁡α)R\cos(\theta-\alpha)=R(\cos\theta\cos\alpha+\sin\theta\sin\alpha)
=Rcos⁡αcos⁡θ+Rsin⁡αsin⁡θ=R\cos\alpha\cos\theta+R\sin\alpha\sin\theta

2. Compare coefficients with $1.8\sin\theta+0.7\cos\theta$ and find $R$.

Comparing
Rcos⁡αcos⁡θ+Rsin⁡αsin⁡θ≡0.7cos⁡θ+1.8sin⁡θ,R\cos\alpha\cos\theta+R\sin\alpha\sin\theta\equiv 0.7\cos\theta+1.8\sin\theta,
we get
Rcos⁡α=0.7,Rsin⁡α=1.8.R\cos\alpha=0.7,\qquad R\sin\alpha=1.8.
Hence
R2=(Rcos⁡α)2+(Rsin⁡α)2=0.72+1.82=3.73,R^2=(R\cos\alpha)^2+(R\sin\alpha)^2=0.7^2+1.8^2=3.73,
so
R=3.73.R=\sqrt{3.73}.

3. Find the acute angle $\alpha$.

tan⁡α=Rsin⁡αRcos⁡α=1.80.7\tan\alpha=\frac{R\sin\alpha}{R\cos\alpha}=\frac{1.8}{0.7}
α=tan⁡−1(1.80.7)=68.7∘, to 3 s.f.\alpha=\tan^{-1}\left(\frac{1.8}{0.7}\right)=68.7^\circ \text{, to 3 s.f.}
Therefore,
L=3.73cos⁡(θ−68.7∘).L=\sqrt{3.73}\cos(\theta-68.7^\circ).

答案

L=3.73cos⁡(θ−68.7∘)L=\sqrt{3.73}\cos(\theta-68.7^\circ)

9((iii))

1. Use the maximum value of the cosine function to identify the maximum possible value of $L$.

From part (ii),
L=3.73cos⁡(θ−68.7∘).L=\sqrt{3.73}\cos(\theta-68.7^\circ).
Since the maximum value of cos⁡x\cos x is 11,
Lmax⁡=3.73×1=3.73.L_{\max}=\sqrt{3.73}\times 1=\sqrt{3.73}.

2. Find the value of $\theta$ that gives the maximum value of $L$.

For the maximum value,
cos⁡(θ−68.7∘)=1.\cos(\theta-68.7^\circ)=1.
Thus
θ−68.7∘=0∘,\theta-68.7^\circ=0^\circ,
so
θ=68.7∘.\theta=68.7^\circ.

答案

Maximum value of L=3.73 mL=\sqrt{3.73}\text{ m}, or 1.93 m1.93\text{ m}.

Corresponding value of θ=68.7∘\theta=68.7^\circ.

9((iv))

1. Substitute $L=\sqrt{2.5}$ into the form found in part (ii).

From part (ii),
L=3.73cos⁡(θ−68.7∘).L=\sqrt{3.73}\cos(\theta-68.7^\circ).
When L=2.5L=\sqrt{2.5},
2.5=3.73cos⁡(θ−68.7∘)\sqrt{2.5}=\sqrt{3.73}\cos(\theta-68.7^\circ)
cos⁡(θ−68.7∘)=2.53.73.\cos(\theta-68.7^\circ)=\frac{\sqrt{2.5}}{\sqrt{3.73}}.

2. Use inverse cosine to find the possible angle, then choose the value of $\theta$ consistent with the diagram.

θ−68.7∘=±cos⁡−1(2.53.73)\theta-68.7^\circ=\pm \cos^{-1}\left(\frac{\sqrt{2.5}}{\sqrt{3.73}}\right)
cos⁡−1(2.53.73)≈35.0∘\cos^{-1}\left(\frac{\sqrt{2.5}}{\sqrt{3.73}}\right)\approx 35.0^\circ
So
θ=68.7∘−35.0∘=33.7∘\theta=68.7^\circ-35.0^\circ=33.7^\circ
or
θ=68.7∘+35.0∘=103.7∘.\theta=68.7^\circ+35.0^\circ=103.7^\circ.
Since θ\theta is an acute angle of inclination in the diagram,
θ=33.7∘.\theta=33.7^\circ.

答案

θ=33.7∘\theta=33.7^\circ

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