例2(2024·河南)如图①,雕塑 $AB$ 在底座 $BC$ 上,点 $D$ 是人眼所在的位置.当点 $B$ 高于人的水平视线 $DE$ 时,由远及近看雕塑,会在某处感觉看到的雕塑最大,此时视角最大.经测算,当经过 $A$,$B$ 两点的圆与水平视线 $DE$ 相切时(如图②),在切点 $P$ 处感觉看到的雕塑最大,此时 $∠ APB$ 为最大视角.
(1)请依据图②求证:$∠ APB > ∠ ADB$;
(2)经测量,当最大视角 $∠ APB = 30^{\circ}$,在点 $P$ 处看雕塑顶部点 $A$ 的仰角 $∠ APE = 60^{\circ}$,点 $P$ 到雕塑的水平距离 $PH$ 为 $6\ \mathrm{m}$,求雕塑 $AB$ 的高.(结果精确到 $0.1\ \mathrm{m}$,参考数据:$\sqrt{3} \approx 1.73$)

分析 (1)设 $AD$ 与圆交于点 $M$,连接 $BM$,利用圆周角定理和三角形外角性质证明即可;
(2)将雕塑 $AB$ 的高转化为 $AH - BH$ 求解即可.
(1)请依据图②求证:$∠ APB > ∠ ADB$;
(2)经测量,当最大视角 $∠ APB = 30^{\circ}$,在点 $P$ 处看雕塑顶部点 $A$ 的仰角 $∠ APE = 60^{\circ}$,点 $P$ 到雕塑的水平距离 $PH$ 为 $6\ \mathrm{m}$,求雕塑 $AB$ 的高.(结果精确到 $0.1\ \mathrm{m}$,参考数据:$\sqrt{3} \approx 1.73$)
分析 (1)设 $AD$ 与圆交于点 $M$,连接 $BM$,利用圆周角定理和三角形外角性质证明即可;
(2)将雕塑 $AB$ 的高转化为 $AH - BH$ 求解即可.
答案
(1)证明:设AD与圆交于点M,连接BM。
∵∠APB和∠AMB都为弧AB所对的圆周角,
∴∠APB=∠AMB。
∵∠AMB是△DMB的外角,
∴∠AMB>∠ADB。
∴∠APB>∠ADB。
(2)解:在Rt△APH中,∠APE=60°,PH=6m,
tan∠APE=AH/PH,
∴AH=PH·tan60°=6×√3=6√3 m。
设BH=x,在Rt△BPH中,PB=√(PH²+BH²)=√(6²+x²)=√(36+x²)。
在△APB中,由余弦定理得:
AB²=AP²+PB²-2·AP·PB·cos∠APB。
∵AP=√(PH²+AH²)=√(6²+(6√3)²)=12 m,∠APB=30°,AB=AH-BH=6√3 - x,
∴(6√3 - x)²=12²+(√(36+x²))² - 2×12×√(36+x²)×cos30°。
化简得:108 - 12√3 x + x²=144 + 36 + x² - 12√3·√(36+x²),
整理得:x + 2√3=√(36+x²),
平方后解得:x=2√3。
∴AB=6√3 - 2√3=4√3≈4×1.73≈6.9 m。
答:雕塑AB的高约为6.9 m。
∵∠APB和∠AMB都为弧AB所对的圆周角,
∴∠APB=∠AMB。
∵∠AMB是△DMB的外角,
∴∠AMB>∠ADB。
∴∠APB>∠ADB。
(2)解:在Rt△APH中,∠APE=60°,PH=6m,
tan∠APE=AH/PH,
∴AH=PH·tan60°=6×√3=6√3 m。
设BH=x,在Rt△BPH中,PB=√(PH²+BH²)=√(6²+x²)=√(36+x²)。
在△APB中,由余弦定理得:
AB²=AP²+PB²-2·AP·PB·cos∠APB。
∵AP=√(PH²+AH²)=√(6²+(6√3)²)=12 m,∠APB=30°,AB=AH-BH=6√3 - x,
∴(6√3 - x)²=12²+(√(36+x²))² - 2×12×√(36+x²)×cos30°。
化简得:108 - 12√3 x + x²=144 + 36 + x² - 12√3·√(36+x²),
整理得:x + 2√3=√(36+x²),
平方后解得:x=2√3。
∴AB=6√3 - 2√3=4√3≈4×1.73≈6.9 m。
答:雕塑AB的高约为6.9 m。
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