Question

【題目】為解決城市的擁堵問題，某城市準(zhǔn)備對現(xiàn)有的一條穿城公路進(jìn)行分流，已知穿城公路自西向東到達(dá)城市中心后轉(zhuǎn)向方向，已知，現(xiàn)準(zhǔn)備修建一條城市高架道路，在上設(shè)一出入口，在上設(shè)一出口，假設(shè)高架道路在部分為直線段，且要求市中心與的距離為.

（1）若，求兩站點(diǎn)之間的距離；

（2）公路段上距離市中心處有一古建筑群，為保護(hù)古建筑群，設(shè)立一個(gè)以為圓心，為半徑的圓形保護(hù)區(qū).因考慮未來道路的擴(kuò)建，則如何在古建筑群和市中心之間設(shè)計(jì)出入口，才能使高架道路及其延伸段不經(jīng)過保護(hù)區(qū)？

Answer 1

【答案】（1）；（2）設(shè)計(jì)出入口離市中心的距離在到之間時(shí)，才能使高架道路及其延伸段不經(jīng)過保護(hù)區(qū).

【解析】

（1）過作直線于，則，設(shè)，

則，（），可得，，可求，又，結(jié)合，可得，即可求解兩出入口之間距離的最小值.

（2）設(shè)切點(diǎn)為，以為坐標(biāo)原點(diǎn)，以所在的直線為軸，建立平面直角坐標(biāo)系，設(shè)直線的方程為，可求，或（舍去），可求，此時(shí)，又由（1）可知當(dāng)時(shí)，，綜上即可求解.

（1）過作直線于，則，設(shè)，

則，（），

故，，

，

又，

由，得，

故，當(dāng)且僅當(dāng)，時(shí)取等號(hào).

此時(shí)，有最小值為.

即兩出入口之間距離的最小值為.

（2）由題意可知直線是以為圓心，10為半徑的圓的切線，

根據(jù)題意，直線與圓要相離，其臨界位置為直線與圓相切，設(shè)切點(diǎn)為

此時(shí)直線為圓與圓的公切線.

因?yàn)�，出入�?/span>在古建筑群和市中心之間，

如圖，以為坐標(biāo)原點(diǎn)，以所在的直線為軸，

建立平面直角坐標(biāo)系

由，，

因?yàn)閳A的方程為，圓的方程為，

設(shè)直線的方程為，

則所以，兩式相除，得，

所以或，

所以此時(shí)或（舍去），此時(shí)，

又由（1）知當(dāng)時(shí)，，

綜上，.

即設(shè)計(jì)出入口離市中心的距離在到之間時(shí)，才能使高架道路及其延伸段不經(jīng)過保護(hù)區(qū).