資源簡介 §1 數學建模活動的準備§2 自主數學建模的開題交流學習目標通過建筑物高度測量的數學建模活動,體會正弦、余弦定理在實際生活中的應用,提高數學抽象與數學建模的核心素養.探究點一 兩點間的距離[例1] 如圖,到達某旅游景區內的A處后,有兩種路徑到B處:一種是從A處沿直線步行到B處;另一種是先從A處坐小火車沿直線到達C處,再從C處沿直線步行到B處.現有甲、乙兩名游客到達A處后,甲沿AB方向勻速步行前往B處,速度為50 m/min,甲出發2 min后,乙從A處坐小火車前往C處,再從C處步行到B處.已知小火車的速度為200 m/min,A,C之間的距離為2 000 m,B,C之間的距離為3 000 m,AB>BC,sin B=.當乙在小火車上時,甲、乙之間的最短距離為( )A. m B. mC. m D. m[針對訓練] 在某大學校園中有一座雕像.雕像由像體AD和底座CD兩部分組成.如圖,在Rt△ABC中,∠ABC=70.5°,在Rt△DBC中,∠DBC=45°,且CD=2.3 m,則像體AD的高度約為( )(結果精確到0.1 m,參考數據:sin 70.5°≈0.943,cos 70.5°≈0.334,tan 70.5°≈2.824)A.4.0 m B.4.2 mC.4.3 m D.4.4 m探究點二 航空測量問題[例2] 要航測某座山的海拔高度,如圖,飛機的航線與山頂M在同一個鉛垂面內,已知飛機的飛行高度為海拔10 000 m,速度為900 km/h,航測員先測得對山頂的俯角為30°,經過40 s(已飛過M點)后,又測得對山頂的俯角為45°,求山頂的海拔高度.(精確到1 m)(可能要用到的數據:≈1.414,≈1.732,≈2.449,sin 105°=)求解航空中的測量問題的方法(1)在處理有關航空中的測量問題時,要準確理解仰角和俯角(二者是在鉛垂面上所成的角)、方向(位)角(它是在水平面上所成的角)的概念.(2)注意山或塔垂直于地面或海平面,把空間問題轉化為平面問題.[針對訓練] 如圖,飛機的航線和山頂在同一個鉛垂面內,已知飛機的飛行高度為海拔15 000 m,速度為1 000 km/h,飛行員先測得對山頂的俯角為18°,經過108 s后又測得對山頂的俯角為78°,則山頂的海拔高度為( )A.(15-18sin 18°cos 78°) kmB.(15-18sin 18°sin 78°) kmC.(15-20sin 18°cos 78°) kmD.(15-20sin 18°sin 78°) km當堂檢測1.如圖,山坡與水平面成30°的角,沿山坡每往上爬AC=100 m,則豎直高度上升( )A.30 mB.50 mC.50 mD.50 m2.如圖,為測一棵樹的高度,在地面上選取A,B兩點,在A,B兩點分別測得樹頂P處的仰角為30°,45°,且A,B兩點之間的距離為10 m,則這棵樹的高度h為( )A.(5+5) m B.(30+15) mC.(15+30) m D.(15+3) m3.魏晉時期劉徽撰寫的《海島算經》是關于測量的數學著作,其中第一題是測量海島的高.如圖,點E,H,G在水平線AC上,DE和FG是兩個垂直于水平面且等高的測量標桿的高度,稱為“表高”,EG稱為“表距”,GC和EH都稱為“表目距”,GC與EH的差稱為“表目距的差”,則海島的高AB等于( )A.+表高 B.-表高C.+表距 D.-表距4.如圖,A,B,C,D都在同一個與水平面垂直的平面內,B,D為兩島上的兩座燈塔的塔頂.測量船于水面A處測得點B和點D的仰角分別為75°,30°,于水面C處測得點B和點D的仰角均為60°,AC=0.1 km.若AB=BD,則B,D間的距離為 km(參考數據:sin 15°=). 課時作業選題明細表知識點、方法 題號有關高度(或距離)的測量 1,2,3,4,10,11,13測量和自選建模作業 5,6,7,8,9,12,14基礎鞏固1.一艘輪船沿北偏東28°方向,以18 km/h的速度沿直線航行,一座燈塔原來在輪船的南偏東32°方向上,經過10 min的航行,此時輪船與燈塔的距離為 km,則燈塔與輪船原來的距離為( )A.2 km B.3 kmC.4 km D.5 km2.如圖是復建的某建筑物的示意圖,某游客(身高忽略不計)從地面D點看樓的頂點C的仰角為30°,沿直線前進51.9 m到達E點,此時看點A的仰角為60°,若點B,E,D在一條直線上,BC=2AC,則樓高AB約為(參考數據:≈1.73)( )A.30 m B.60 m C.90 m D.103 m3.一架直升機在300 m高度處進行測繪,測得一塔頂與塔底的俯角分別是30°和60°,則塔高為( )A.200 m B.100 mC.200 m D.100 m4.某同學在國慶期間到商丘去旅游,經過“商”字城雕時,他想利用解三角形的知識測量一下該雕塑的高度(即圖中線段AB的長度).他在該雕塑的正東C處沿著南偏西60°的方向前進7 m后到達D處(A,C,D三點在同一個水平面內),測得圖中線段AB在東北方向,且測得點B的仰角為71.565°,則該雕塑的高度大約是(參考數據:tan 71.565°≈3)( )A.19 m B.20 m C.21 m D.22 m5.為了測量隧道口A,B間的距離,開車從A點出發,沿正西方向行駛400 m到達D點,然后從D點出發,沿正北方向行駛一段路程后到達C點,再從C點出發,沿東南方向行駛400 m到達隧道口B點處,測得BD間的距離為1 000 m.則隧道口AB間的距離是 m. 6.如圖,某直徑為5 km的圓形海域上有四個小島,已知小島B與小島C相距為5 km(小島的大小忽略不計,測量誤差忽略不計),經過測量得到數據:cos ∠BAD=-.小島C與小島D之間的距離為 km. 能力提升7.如圖,為了測量某濕地A,B兩點之間的距離,觀察者找到在同一條直線上的三點C,D,E.從點D測得∠ADC=67.5°,從點C測得∠ACD=45°,∠BCE=75°,從點E測得∠BEC=60°.若測得DC=200 m,CE=100 m,則A,B兩點之間的距離為( )A.100 m B.200 mC.300 m D.200 m8.(多選題)甲、乙兩樓相距20 m,從乙樓底仰望甲樓頂的仰角為60°,從甲樓頂望乙樓頂的俯角為30°,則下列說法正確的有( )A.甲樓的高度為20 m B.甲樓的高度為10 mC.乙樓的高度為 m D.乙樓的高度為10 m9.如圖所示,在某樓閣旁的水平地面上共線的三點A,B,C處測得其頂點P的仰角分別為30°,60°,45°,且AB=BC=75 m,則該樓閣的高度OP= m. 10.如圖,某人在山腳P處測得甲山山頂A的仰角為30°,乙山山頂B的仰角為60°,∠APB的大小為30°,山腳P到山頂A的直線距離為4 km,在A處測得山頂B的仰角為30°,則乙山的高度為 km.11.如圖,飛機的航線和山頂在同一個鉛垂平面內,已知飛機的高度為海拔20 250 m,速度為189 km/h,飛行員先看到山頂的俯角為18°30′,經過960 s后,又看到山頂的俯角為81°,求山頂的海拔高度.(tan 18.5°≈0.334 59,tan 81°≈6.313 75,精確到1 m)12.如圖,在山腳A測得山頂P的仰角為α,沿傾斜角為β的斜坡向上走a m到B,在B處測得山頂P的仰角為γ,求證:山高h=.13.如圖,某人開車在山腳下水平公路上自A向B行駛,在A處測得山頂P處的仰角∠PAO=30°,該車以60 km/h的速度勻速行駛3分鐘后,到達B處,此時測得仰角∠PBO=45°,且cos∠AOB=-.(1)求此山的高OP的值;(2)求該車從A到B行駛過程中觀測P點的仰角正切值的最大值.應用創新14.某固定在墻上的廣告金屬支架如圖所示,根據要求,AB至少長3 m,C為AB的中點,B到D的距離比CD的長小0.5 m,∠BCD=60°.(1)若CD=x,BC=y,將支架的總長度表示為y的函數,并寫出函數的定義域.(注:支架的總長度為圖中線段AB,BD和CD長度之和)(2)如何設計AB,CD的長,可使支架總長度最短.§1 數學建模活動的準備§2 自主數學建模的開題交流學習目標通過建筑物高度測量的數學建模活動,體會正弦、余弦定理在實際生活中的應用,提高數學抽象與數學建模的核心素養.探究點一 兩點間的距離[例1] 如圖,到達某旅游景區內的A處后,有兩種路徑到B處:一種是從A處沿直線步行到B處;另一種是先從A處坐小火車沿直線到達C處,再從C處沿直線步行到B處.現有甲、乙兩名游客到達A處后,甲沿AB方向勻速步行前往B處,速度為50 m/min,甲出發2 min后,乙從A處坐小火車前往C處,再從C處步行到B處.已知小火車的速度為200 m/min,A,C之間的距離為2 000 m,B,C之間的距離為3 000 m,AB>BC,sin B=.當乙在小火車上時,甲、乙之間的最短距離為( )A. m B. mC. m D. m解析:由正弦定理可知=,所以sin A===.又AB>BC,所以A所以cos A=.乙在小火車上的時間為=10 min,設乙出發t(0則d2=(200t)2+(100+50t)2-2×200t(100+50t)×=32 500t2-10 000t+10 000(0當t=時,=,所以dmin==.故選B.[針對訓練] 在某大學校園中有一座雕像.雕像由像體AD和底座CD兩部分組成.如圖,在Rt△ABC中,∠ABC=70.5°,在Rt△DBC中,∠DBC=45°,且CD=2.3 m,則像體AD的高度約為( )(結果精確到0.1 m,參考數據:sin 70.5°≈0.943,cos 70.5°≈0.334,tan 70.5°≈2.824)A.4.0 m B.4.2 mC.4.3 m D.4.4 m解析:在Rt△BCD中,BC==2.3(m),在Rt△ABC中,AC=BCtan ∠ABC≈2.3×2.824≈6.5(m),所以AD=AC-CD≈6.5-2.3=4.2(m).故選B.探究點二 航空測量問題[例2] 要航測某座山的海拔高度,如圖,飛機的航線與山頂M在同一個鉛垂面內,已知飛機的飛行高度為海拔10 000 m,速度為900 km/h,航測員先測得對山頂的俯角為30°,經過40 s(已飛過M點)后,又測得對山頂的俯角為45°,求山頂的海拔高度.(精確到1 m)(可能要用到的數據:≈1.414,≈1.732,≈2.449,sin 105°=)解:因為900 km/h=250 m/s,所以AB=250×40=10 000(m),在△ABM中,由正弦定理得=,BM=.作MD⊥AB于點D(如圖),則MD=BMsin 45°=×sin 45°=5 000(-1)≈3 660(m),所以山頂的海拔高度為10 000-3 660=6 340(m).求解航空中的測量問題的方法(1)在處理有關航空中的測量問題時,要準確理解仰角和俯角(二者是在鉛垂面上所成的角)、方向(位)角(它是在水平面上所成的角)的概念.(2)注意山或塔垂直于地面或海平面,把空間問題轉化為平面問題.[針對訓練] 如圖,飛機的航線和山頂在同一個鉛垂面內,已知飛機的飛行高度為海拔15 000 m,速度為1 000 km/h,飛行員先測得對山頂的俯角為18°,經過108 s后又測得對山頂的俯角為78°,則山頂的海拔高度為( )A.(15-18sin 18°cos 78°) kmB.(15-18sin 18°sin 78°) kmC.(15-20sin 18°cos 78°) kmD.(15-20sin 18°sin 78°) km解析:如圖,∠DAC=18°,∠ACB=78°-18°=60°,CD⊥AD,因為108 s=0.03 h,所以AB=1 000×0.03=30(km).在△ABC中,由正弦定理可得=,可得BC==20sin 18°,因為CD⊥AD,所以C到AB邊的距離為CD=BCsin ∠CBD=BCsin 78°=20sin 18°sin 78°,所以山頂的海拔高度為(15-20sin 18°sin 78°) km.故選D.當堂檢測1.如圖,山坡與水平面成30°的角,沿山坡每往上爬AC=100 m,則豎直高度上升( D )A.30 mB.50 mC.50 mD.50 m解析:依題意可知BC=ACsin 30°=100×=50(m).故選D.2.如圖,為測一棵樹的高度,在地面上選取A,B兩點,在A,B兩點分別測得樹頂P處的仰角為30°,45°,且A,B兩點之間的距離為10 m,則這棵樹的高度h為( A )A.(5+5) m B.(30+15) mC.(15+30) m D.(15+3) m解析:由已知,AB=-=10,即h-h=10,解得h==5×(+1)=(5+5) m.故選A.3.魏晉時期劉徽撰寫的《海島算經》是關于測量的數學著作,其中第一題是測量海島的高.如圖,點E,H,G在水平線AC上,DE和FG是兩個垂直于水平面且等高的測量標桿的高度,稱為“表高”,EG稱為“表距”,GC和EH都稱為“表目距”,GC與EH的差稱為“表目距的差”,則海島的高AB等于( A )A.+表高 B.-表高C.+表距 D.-表距解析:因為FG∥AB,所以=,所以GC=·CA.因為DE∥AB,所以=,所以EH=·AH.又DE=FG,所以GC-EH=(CA-AH)=·HC=·(HG+GC)=·(EG-EH+GC).由題中信息可得,表目距的差為GC-EH,表高為DE,表距為EG,則上式可化為表目距的差=×(表距+表目距的差),所以AB=×(表距+表目距的差)=+表高.故選A.4.如圖,A,B,C,D都在同一個與水平面垂直的平面內,B,D為兩島上的兩座燈塔的塔頂.測量船于水面A處測得點B和點D的仰角分別為75°,30°,于水面C處測得點B和點D的仰角均為60°,AC=0.1 km.若AB=BD,則B,D間的距離為 km(參考數據:sin 15°=). 解析:在△ABC中,∠BCA=60°,∠ABC=75°-60°=15°,AC=0.1 km,由正弦定理,得=,所以AB==(km).又因為BD=AB,所以BD= km.答案:課時作業選題明細表知識點、方法 題號有關高度(或距離)的測量 1,2,3,4,10,11,13測量和自選建模作業 5,6,7,8,9,12,14基礎鞏固1.一艘輪船沿北偏東28°方向,以18 km/h的速度沿直線航行,一座燈塔原來在輪船的南偏東32°方向上,經過10 min的航行,此時輪船與燈塔的距離為 km,則燈塔與輪船原來的距離為( A )A.2 km B.3 kmC.4 km D.5 km解析:如圖,設A為輪船原來的位置,B為輪船10 min后的位置,C為燈塔的位置,由題意知AB=18×=3,BC=,∠BAC=180°-32°-28°=120°.由余弦定理得BC2=AB2+AC2-2AB·AC cos∠BAC,所以19=9+AC2+3AC,化簡得AC2+3AC-10=0,解得AC=2或AC=-5(舍去),所以燈塔與輪船原來的距離為2 km.故選A.2.如圖是復建的某建筑物的示意圖,某游客(身高忽略不計)從地面D點看樓的頂點C的仰角為30°,沿直線前進51.9 m到達E點,此時看點A的仰角為60°,若點B,E,D在一條直線上,BC=2AC,則樓高AB約為(參考數據:≈1.73)( C )A.30 m B.60 m C.90 m D.103 m解析:設AC=x,則BC=2x,AB=3x,CD=4x,BE=x,BD==2x,BD=BE+ED,即2x=x+51.9 x≈30,所以AB≈30×3=90(m).故選C.3.一架直升機在300 m高度處進行測繪,測得一塔頂與塔底的俯角分別是30°和60°,則塔高為( A )A.200 m B.100 mC.200 m D.100 m解析:如圖,O,A分別為塔底、塔頂,C為飛機位置,所以OB=300,∠BCA=30°,∠BCO=60°.若設OA=x,則AB=300-x,有=,所以=,得x=200.故選A.4.某同學在國慶期間到商丘去旅游,經過“商”字城雕時,他想利用解三角形的知識測量一下該雕塑的高度(即圖中線段AB的長度).他在該雕塑的正東C處沿著南偏西60°的方向前進7 m后到達D處(A,C,D三點在同一個水平面內),測得圖中線段AB在東北方向,且測得點B的仰角為71.565°,則該雕塑的高度大約是(參考數據:tan 71.565°≈3)( C )A.19 m B.20 m C.21 m D.22 m解析:由題意,得在△ACD中,∠CAD=135°,∠ACD=30°,CD=7 m,由正弦定理=,所以AD==7(m).在Rt△ABD中,∠BDA=71.565°,所以AB=AD·tan 71.565°≈7×3=21(m).故選C.5.為了測量隧道口A,B間的距離,開車從A點出發,沿正西方向行駛400 m到達D點,然后從D點出發,沿正北方向行駛一段路程后到達C點,再從C點出發,沿東南方向行駛400 m到達隧道口B點處,測得BD間的距離為1 000 m.則隧道口AB間的距離是 m. 解析:在△BCD中,BC=400 m,BD=1 000 m,∠BCD=45°,由正弦定理得sin∠BDC==,而CD⊥AD,則cos∠ADB=sin∠BDC=,在△ABD中,AD=400 m,由余弦定理得AB==1 000(m).答案:1 0006.如圖,某直徑為5 km的圓形海域上有四個小島,已知小島B與小島C相距為5 km(小島的大小忽略不計,測量誤差忽略不計),經過測量得到數據:cos ∠BAD=-.小島C與小島D之間的距離為 km. 解析:由于A,B,C,D四點共圓,所以π-∠BAD=∠C cos C=,sin C==,由正弦定理可知=5 BD=.在△BCD中,BD2=CD2+BC2-2cos C·CD·CB CD2-CD-=0,解得CD==,顯然<0不合題意.答案:能力提升7.如圖,為了測量某濕地A,B兩點之間的距離,觀察者找到在同一條直線上的三點C,D,E.從點D測得∠ADC=67.5°,從點C測得∠ACD=45°,∠BCE=75°,從點E測得∠BEC=60°.若測得DC=200 m,CE=100 m,則A,B兩點之間的距離為( C )A.100 m B.200 mC.300 m D.200 m解析:在△ADC中,∠ACD=45°,∠ADC=67.5°,則∠DAC=180°-45°-67.5°=67.5°,所以AC=DC=200 m.在△BCE中,∠BCE=75°,∠BEC=60°,則∠EBC=180°-75°-60°=45°.由正弦定理,得=,故BC===100(m).在△ABC中,AC=200 m,BC=100 m,∠ACB=180°-∠ACD-∠BCE=60°.由余弦定理,得AB2=AC2+BC2-2AC·BCcos∠ACB=90 000,所以AB=300 m.故選C.8.(多選題)甲、乙兩樓相距20 m,從乙樓底仰望甲樓頂的仰角為60°,從甲樓頂望乙樓頂的俯角為30°,則下列說法正確的有( AC )A.甲樓的高度為20 m B.甲樓的高度為10 mC.乙樓的高度為 m D.乙樓的高度為10 m解析:如圖所示,在Rt△ABD中,∠ABD=60°,BD=20 m,所以AD=BDtan 60°=20(m),即甲樓高度為20 m,AB==40(m).在△ABC中,設AC=BC=x m,由余弦定理得AB2=AC2+BC2-2AC·BC·cos ∠ACB,即1 600=x2+x2+x2,解得x=,即乙樓的高度為 m.故選AC.9.如圖所示,在某樓閣旁的水平地面上共線的三點A,B,C處測得其頂點P的仰角分別為30°,60°,45°,且AB=BC=75 m,則該樓閣的高度OP= m. 解析:設OP=h,h>0,則OA==h,OB==h,OC==h.由∠OBC+∠OBA=π得cos ∠OBC=-cos ∠OBA,由余弦定理得=-,解得h=15,即OP為15 m.答案:1510.如圖,某人在山腳P處測得甲山山頂A的仰角為30°,乙山山頂B的仰角為60°,∠APB的大小為30°,山腳P到山頂A的直線距離為4 km,在A處測得山頂B的仰角為30°,則乙山的高度為 km.解析:假設甲山底部為C,乙山底部為D,過A作AE⊥BD于E,如圖所示.由題意可知,∠APC=30°,∠BPD=60°,AP=4 km,所以在△APC中,AC=AP·sin 30°=2 km,DE=AC=2 km.設BD=h,則DP=h,BE=h-2,BP=h.因為∠BAE=30°,所以AB=2BE=2h-4.在△ABP中,由余弦定理得cos 30°===,解得h=3 km,所以乙山的高度為3 km.答案:311.如圖,飛機的航線和山頂在同一個鉛垂平面內,已知飛機的高度為海拔20 250 m,速度為189 km/h,飛行員先看到山頂的俯角為18°30′,經過960 s后,又看到山頂的俯角為81°,求山頂的海拔高度.(tan 18.5°≈0.334 59,tan 81°≈6.313 75,精確到1 m)解:如圖所示,假設山頂為點A,飛機經過960 s,從B到C處,過A作BC的垂線交BC延長線于點D,由題意可知∠ABC=18.5°,∠ACD=81°,BC=189×=(km).在直角三角形ABD中,有=tan 18.5°,在直角三角形ADC中,有=tan 81° tan 18.5°·(+CD)=tan 81°·CD CD=,所以AD=tan 81°×=≈17.807 0(km),故山頂海拔高度為20 250-17 807.0=2 443(m).12.如圖,在山腳A測得山頂P的仰角為α,沿傾斜角為β的斜坡向上走a m到B,在B處測得山頂P的仰角為γ,求證:山高h=.證明:在△ABP中,∠ABP=180°-γ+β,∠BPA=180°-(α-β)-∠ABP=180°-(α-β)-(180°-γ+β)=γ-α.在△ABP中,根據正弦定理,=,即=,所以AP=,所以山高h=APsin α=.13.如圖,某人開車在山腳下水平公路上自A向B行駛,在A處測得山頂P處的仰角∠PAO=30°,該車以60 km/h的速度勻速行駛3分鐘后,到達B處,此時測得仰角∠PBO=45°,且cos∠AOB=-.(1)求此山的高OP的值;(2)求該車從A到B行駛過程中觀測P點的仰角正切值的最大值.解:(1)設OP=x km,在△PAO中,因為tan∠PAO=,所以AO==x km.同理,在△PBO中,BO==x km,在△AOB中,由余弦定理得AB2=AO2+BO2-2AO·BOcos∠AOB=6x2,所以AB=x=60×=3(km),得x=,所以此山的高OP為 km.(2)由(1)得BO= km,AO= km,AB=3 km,設C是線段AB上一動點,連接OC,PC,則在點C處觀測P點的仰角為∠PCO,tan∠PCO==,當OC⊥AB時,OC最短,由S△AOB=AO·BOsin∠AOB=AB·OC得OC=,所以tan∠PCO=≤,所以該車從A到B行駛過程中觀測P點的仰角正切值的最大值為.應用創新14.某固定在墻上的廣告金屬支架如圖所示,根據要求,AB至少長3 m,C為AB的中點,B到D的距離比CD的長小0.5 m,∠BCD=60°.(1)若CD=x,BC=y,將支架的總長度表示為y的函數,并寫出函數的定義域.(注:支架的總長度為圖中線段AB,BD和CD長度之和)(2)如何設計AB,CD的長,可使支架總長度最短.解:(1)由CD=x,則BD=x-0.5,且CB=y,則支架的總長度為l=AC+BC+BD+CD,在△BCD中,由余弦定理x2+y2-2xycos 60°=(x-0.5)2,化簡得y2-xy=-x+0.25,即y2-xy+x-0.25=0.記l=y+y+x-0.5+x=2y+2x-0.5,由y2-xy+x-0.25=0可得x=.則l=2y+2×-0.5=2y+-0.5=-0.5=-0.5.故支架的總長度表示為y的函數為l=-0.5,定義域為[1.5,+∞).(2)由題中條件得2y≥3,即y≥1.5,設y-1=t(t≥0.5),則原式l=-0.5=-0.5=-0.5=4t+6+-0.5=4t++5.5.因為t≥0.5,由基本不等式得4t+≥2,當且僅當4t2=1.5,即t=時,等號成立.又由t=滿足t≥0.5,所以y=+1,故x=.因此當AB長為(+2) m,CD長為 m時,金屬支架總長度最短. 展開更多...... 收起↑ 資源列表 3.1 3.2 數學建模活動(二) - 教師版.docx 3.1 3.2 數學建模活動(二).docx 縮略圖、資源來源于二一教育資源庫