本题导读

本题考查解三角形的应用。

📌【题干】

Question

(1977年北京卷(理)) 一只船以 20 海里/小时的速度向正东航行,起初船在 处看见一灯塔 在船的北 东方向,一小时后船在 处看见这个灯塔在船的北 东方向,求这时船和灯塔的距离 .

🔍【思路分析】

破题导航

  1. 依题意作图建模:
  • 船由 向正东航行到 ,则直线 方向为正东。
  • 在 处,北偏东 意味着 ( 为正北方向),由于 是正东,所以 。
  • 在 处,北偏东 轴对称可知 ( 为正北方向)。因为 且都垂直于正东航线 ,所以外角 表明三角形内角 。
  1. 计算已知边长与内角:
  • 航行时间 1 小时,速度 20 海里/小时,所以线段 海里。
  • 利用三角形内角和定理求出最后一个内角: 。
  1. 利用正弦定理求解 :
  • 在 中,已知边 ,及其对角 ,要求边 ,其对角为 。直接套用正弦定理 即可求解。

✅【答案】

Success

答:这时船和灯塔的距离 为 海里

✍【详细解析】

Abstract

根据题意,画出航线与灯塔的位置关系示意图:

  • 第一步:转化图形中的边长与内角 因为 船从 航行到 用时 1 小时,速度为 20 海里/小时, 所以 航行距离为:

过点 作正北方向射线 ,过点 作正北方向射线 ,则 。

  • 在 处,灯塔 在北偏东 方向,即 (此处写错,应为 )。 由于 ,所以 的内角:
  • 在 处,灯塔 在北偏东 方向,即 。 由于 ,所以 的内角:

在 中,根据三角形内角和定理,求得灯塔处的内角 为:

  • 第二步:利用正弦定理求距离 在 中,由正弦定理满足:

将已知的数据 、 、 代入上式:

两边同乘 显性表达 :

代入三角函数的特殊值 , :

答:这时船和灯塔的距离 为 海里。

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

  1. 核心考点:方位角在直角系坐标方位中的度数换算、正弦定理在“已知两角及一边”构型中的直接应用。
  2. 核心方法:数形结合法、正弦定理边角转换法。
  3. 避坑指南:
  • 最易错点(方位角看错):容易把“北偏东 ”错误地当成 的内角就是 或 。必须通过作正北方向的平行参考线,严谨判定其内角为钝角 。

  • 最终作答时,注意带上物理单位“海里”。

📖【试题探源与推广】

Tip

  1. 试题探源: 本题源于高中数学必修第二册第六章《平面向量及其应用》中解三角形实际应用题的经典主干基础课后习题。方位角与航海模型是正余弦定理考查中最经典的物理载体。
  2. 结论推广: 本题模型属于标准的正东航线特殊角拦截模型。可一般化推广为:若船向正东航行,在 处测得目标在北偏东 方向,航行距离 后在 处测得目标在北偏东 方向(其中 ),则此时船与目标的距离 通项公式为: 在本题中, ,代入直接得到 。该通项公式省去了中间求钝角 以及利用内角和求 的步骤,在处理同类小题时具有极佳的瞬时口算价值。

🔗【关联脉络】

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