PAGE7.直角走廊问题的研究与拓展苏教版普通高中课程
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必修四第50页有这样一个问题：一铁棒欲通过如图所示的直角走廊，试回答下列问题：（1）证明棒长；（2）求的最小值（用计算器或计算机）；（3）解释（2）中所求得的是能通过这个直角走廊的铁棒的长度的最大值.该题是一道非常有趣的
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，其形式新颖，又贴近生活实际，很快吸引了我的眼球，引发了我的思考：题目中展现的是一个不等宽的直角走廊，如果换成等宽直角走廊，情况又有何变化？若将直角走廊换成折线形走廊、弯角走廊，将木棒变成有厚度的平板小车（或木板），情况又是怎样的呢？这些疑问促成了我对这个问题的研究之旅.一切研究都要从简单开始，为此我们先来研究不计厚度的木棒的等宽直角走廊问题ABC一木棒欲通过如图所示的等宽直角走廊，以下我们来探究能通过直角走廊的木棒（厚度忽略不计）的长度的最大值．如图，，，设木棒的长度为.则，即，令，因为，所以，则，当时，随的增大而增大，，若铁棒的长度不大于4，则木棒能在这个直角走廊拐弯；若木棒长度大于4，则这个木棒不能在这个直角走廊拐弯，故4是能在这个直角走廊拐弯的铁棒中的最长者.所以能够通过这个直角走廊的铁棒的最大长度为4.进一步思考1如果将不计厚度的木棒变成有宽度能灵活转动的平板车呢？如图所示，一条直角走廊宽为2米.现有一转动灵活的平板车，其平板面为矩形ABEF，它的宽为1米.直线EF分别交直线AC、BC于M、N，过墙角D作DP⊥AC于P，DQ⊥BC于Q.（1）若平板车卡在直角走廊内，且∠，试求平板面的长（用
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示）；（2）若平板车要想顺利通过直角走廊，其长度不能超过多少米?AB2m2mMNEDFPQCCl解（1），，，，，则（2）“平板车要想顺利通过直角走廊”的含义是指对任意角（），平板车的长度不能超过长度的最小值，即平板车的长度，以下我们来探求.记，有=，=，令，则，则，在上单调递减，因此当时，即时，可取．答：若平板车要想顺利通过直角走廊，其长度不能超过（）米．进一步思考2如果将等宽直角走廊变为非等宽直角走廊呢？如图，一条直角走廊宽分别为和，若一根铁棒能水平地通过此直角走廊，求此根铁棒的最大长度.解设（），如图，，，设木棒长度为，则（）.以下探求函数的最小值.，则（），令，则，即，令（）当时，；当时，；所以时，函数单调递减；时，函数单调递增.因此当且仅当，即时，可取得函数的最小值，即能通过该直角走廊的木棒的最大值.此时，.答：若木棒能通过该直角走廊，此木棒的最大长度为米.进一步思考3如果将等宽直角走廊变为等宽折线形走廊呢？如图，一条转角处角度为的等宽走廊宽为，若一根铁棒能水平地通过此直角走廊，则此根铁棒的最大长度为_____________.解设（），如图，，，则铁棒的长度为，令，，则，易知当且仅当时可取得铁棒的最小值4.此时，即时，能通过该折线形走廊的铁棒的最大值为4.进一步思考4如果将等宽直角走廊变为等宽弯角走廊呢？一走廊拐角处的横截面如图所示，已知内壁和外壁都是半径为的四分之一圆弧，，分别与圆弧相切于，两点，∥，∥，且两组平行墙壁间的走廊宽度都是．（1）若水平放置的木棒的两个端点分别在外壁和上，且木棒与内壁圆弧相切于点．设，试用表示木棒的长度；（2）若一根水平放置的木棒能通过该走廊拐角处，求木棒长度的最大值．NMABCDEFGHPQ1m1mNMABCDEFGHPS1m1mTQW解（1）如图，设圆弧所在的圆的圆心为，过点作垂线，垂足为点，且交或其延长线与于，并连接，再过点作的垂线，垂足为．在中，因为，，所以．因为与圆弧切于点，所以，在，因为，，所以，，①若在线段上，则在中，，因此②若在线段的延长线上，则在中，，因此．（2）设，则，因此，令，则，则，在上单调递减，因此当时，即时，可取．答：一根水平放置的木棒若能通过该走廊拐角处，则其长度的最大值为（）米．我们知道，三角函数是刻画现实世界的重要模型，直角走廊问题则是三角函数在现实生活中的一个具体应用.通过对直角走廊问题的研究和思考，我愈加明晰了进行数学研究遵循“问题情境、建立模型、数学结果、解释应用与拓展”的逻辑线路，同时也更加深刻地领悟到直角走廊问题的数学本质其实是过定点的线段的最值问题.通过对由教材习题引出的直角走廊问题以及其变化的研究、总结和思考，我认为在平时的数学学习过程中，对于教材上的例题和习题，不能仅仅以解决习题本身为目的，更应该在老师的引导下对其进行深入的研究，发掘、积累其中蕴含的数学思想方法，感悟问题的数学本质.对数学思想方法和数学本质的领悟更能帮助我们提高
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问题、解决问题的能力，不断的提升我们的数学素养，对于我们将来的工作、学习大有裨益.
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