本题导读
本题考查圆锥的轴截面与几何性质,以及解直角三角形(特殊角的三角函数)。
📌【题干】
Question
(1993年旧高考(理)) 在半径为 的圆形广场中央上空,设置一个照明光源,射向地面的光呈圆锥形,且其轴截面顶角为 120°.若要光源恰好照亮整个广场,则其高度应为 (精确到 ).
🔍【思路分析】
破题导航
构建几何因式:光源所在的点即为圆锥的顶点,照亮的圆形广场即为圆锥的底面。 提取平面截面:作圆锥的轴截面,得到一个等腰三角形。
- 顶角为 120°;
- 底边长等于广场的直径,因此底边的一半(即底面半径)为 ;
- 圆锥的高 即为光源所需设置的高度。 利用三角函数解直角三角形:从顶点向底边作垂线,将等腰三角形平分为两个直角三角形。利用 60° 角的正切值或余切值建立 与 的代数方程。 化简求出近似值:代入数据计算,并按要求精确到 。
✅【答案】
Success
✍【详细解析】
Abstract
解: 根据题意,将照明光线抽象为圆锥模型。设圆锥的顶点为 (光源位置),圆锥底面中心为 (广场中央)。
作该圆锥的轴截面,得到一个等腰三角形 ,其中 为圆锥的母线,底边 为广场的直径。 由题意可知:
轴截面顶角 ;
广场半径 ;
圆锥的高 ,即为所求的光源高度。
因为 是等腰三角形,且 于点 ,根据三线合一性质, 平分顶角 :
在直角三角形 中, , 。 根据锐角三角函数的定义,有:
已知 ,代入上式中:
取 进行近似值计算:
题目要求结果精确到 ,根据四舍五入原则,对百分位上的数字 2 进行舍去,得:
后答:17.3
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
- 核心考点:圆锥轴截面的几何对称性质,直角三角形中的边角三角函数关系()。
- 核心方法:轴截面平移降维法。
- 避坑指南:
- 混淆半角关系:作高线后,直角三角形内的锐角是 (顶点处)和 (底角处)。在写正切公式时,极易因看错角而将比例写反,误算成 。
- 未按精度要求保留:填空题中若直接写最简二次根式 或者是未按要求保留到一位小数(如写成 17 或 17.32),将会被严格扣分。务必看清“精确到 ”的数位约束。
📖【试题探源与推广】
Tip
- 试题探源:本题属于立体几何与三角函数交汇的经典应用优化题。取材于初高中衔接教材中关于“解直角三角形的实际应用”及立体几何“圆锥的性质”两节的综合拓展题。
- 结论推广:若圆形广场的半径为 ,照明光源的光束圆锥轴截面顶角为 ,则要使光源恰好照亮整个广场,光源的设置高度 满足通用推广通式: 本题中 ,直接代入得 。
🔗【关联脉络】
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