想看懂答案,先得知道它考的是啥。这一题是第16道填空题(最后一个填空),背景是“摆线”,也叫“旋轮线”。意思就是一个圆在一条直线上无滑动地滚动,圆上一个固定点的运动轨迹就是摆线。题里给了单位圆(半径=1),圆心初始位置是 (0,1),圆上一点P初始位置是 (0,0)。圆沿着x轴正向滚动,问当圆心滚到 (2,1) 的时候,P点的坐标是多少。
直接给答案
答案是:(2
这答案在真题卷的解析里能找到。
说清楚怎么做的(口诀套路)
1. 核心思路:别被“滚动”唬住。圆是纯滚动,没打滑。所以圆心水平走的距离 = 圆上滚过的弧长。
2. 建立方程:
圆心从 (0,1) 滚到 (2,1),水平走了2个单位。
因为是单位圆(半径 r=1),所以滚动的弧长 = 圆心水平位移 = 2。
根据弧长公式:弧长 = 半径 × 转过的角度(弧度)。所以 2 = 1 × θ,得出 圆转过的角度 θ = 2 弧度。
3. 找P点坐标(关键步骤):
圆是顺时针滚动的。圆心坐标很好找,就是 (2, 1)。
P点是圆上一点,初始位置在最低点 (0,0)。圆顺时针转θ角(2弧度),P点相对于圆心的位置,可以用三角函数算出来。
口诀:“相对位置用三角,加减注意顺逆时”。
初始时,P在圆心正下方,相对圆心位置是 (0, -1)。
圆顺时针转θ后,P点相对圆心的新位置是:
x相对 = sinθ (因为初始相对向量 (0, -1) 顺时针转θ后,x分量变成 sinθ)
y相对 = -cosθ (y分量变成 -cosθ)
注意:这里用sin和cos,具体符号取决于旋转方向和初始位置,死记容易错。最稳的推导方法是画图:把初始相对位置当成一个从圆心指向P的向量,然后把这个向量旋转θ角。
4. 得到绝对坐标:
P的绝对坐标 = 圆心坐标 + P的相对坐标。
所以:
Px = 2 + sinθ = 2 + sin2
Py = 1 + (-cosθ) = 1
这就得到了上面那个答案:(2 + sin2, 1
当年考生咋想的
这题当年难倒一片。有考生考完自嘲“真TM 2B”,甚至想过干脆拿尺子在图上量一下坐标,蒙个答案上去。说明对于不熟悉摆线或者考场时间紧的人来说,确实容易卡住。
真题及答案来源
完整的2012年山东高考数学(理科)真题和官方答案解析,网上有WORD和PDF版本可以下载。最后一题(填空压轴)的官方解答过程在里面写得明明白白。
对付这种题,记住:纯滚动,弧长等路程;相对位置旋转变换,加回圆心得答案。