7.4 三角函數(shù)應(yīng)用（五大題型）（原卷版）

7．4三角函數(shù)應(yīng)用課程標(biāo)準(zhǔn)學(xué)習(xí)目標(biāo)（1）數(shù)學(xué)抽象：實(shí)際問題抽象為三角函數(shù)模型問題；（2）數(shù)據(jù)分析：分析、整理、利用信息，從實(shí)際問題中抽取基本的數(shù)學(xué)關(guān)系來建立數(shù)學(xué)模（3）數(shù)學(xué)建模：體驗(yàn)一些具有周期性變化規(guī)律的實(shí)際問題的數(shù)學(xué)建模思想，提高學(xué)生的建模、分析問題、數(shù)形結(jié)合、抽象概括等能力.（1）會(huì)用三角函數(shù)解決一些簡(jiǎn)單的實(shí)際問題.（2）體會(huì)三角函數(shù)是描述周期變化現(xiàn)象的重要函數(shù)模型．知識(shí)點(diǎn)01函數(shù)中，，，的物理意義1、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的振幅就是．2、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的周期．3、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的頻率．4、稱為相位．5、時(shí)的相位稱為初相．【即學(xué)即練1】已知正弦交流電（單位：）與時(shí)間（單位：）的函數(shù)關(guān)系為，求電流的峰值、周期、頻率和初相位．知識(shí)點(diǎn)02三角函數(shù)模型的應(yīng)用三角函數(shù)作為描述現(xiàn)實(shí)世界中周期現(xiàn)象的一種數(shù)學(xué)模型，可以用來研究很多問題，在刻畫周期變化規(guī)律、預(yù)測(cè)其未來等方面都發(fā)揮著十分重要的作用．實(shí)際問題通常涉及復(fù)雜的數(shù)據(jù)，因此往往需要使用信息技術(shù)．1、三角函數(shù)模型應(yīng)用的步驟（1）建模問題步驟：審讀題意→建立三角函數(shù)式→根據(jù)題意求出某點(diǎn)的三角函數(shù)值→解決實(shí)際問題．（2）建立數(shù)學(xué)模型的關(guān)鍵，先根據(jù)題意設(shè)出代表函數(shù)，再利用數(shù)據(jù)求出待定系數(shù)，然后寫出具體的三角函數(shù)式．2、三角函數(shù)應(yīng)用題的三種模式（1）給定呈周期變化規(guī)律的三角函數(shù)模型，根據(jù)所給模型，結(jié)合三角函數(shù)的性質(zhì)，解決一些實(shí)際問題．（2）給定呈周期變化的圖象，利用待定系數(shù)法求出函數(shù)模型，再解決其他問題．（3）整理一個(gè)實(shí)際問題的調(diào)查數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)作出散點(diǎn)圖，通過擬合函數(shù)圖象，求出可以近似表示變化規(guī)律的函數(shù)模型，進(jìn)一步用函數(shù)模型來解決問題．3、三角函數(shù)模型應(yīng)用注意點(diǎn)（1）一般地，所求出的函數(shù)模型只能近似地刻畫實(shí)際情況，因此應(yīng)特別注意自變量的取值范圍．（2）應(yīng)用數(shù)學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題時(shí)，應(yīng)注意從背景中提取基本的數(shù)學(xué)關(guān)系，并利用相關(guān)知識(shí)來理解．【即學(xué)即練2】（2023·湖南·高一校聯(lián)考期中）筒車是我國(guó)古代發(fā)明的一種水利灌溉工具，因其經(jīng)濟(jì)又環(huán)保，至今還在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用.明朝科學(xué)家徐光啟在《農(nóng)政全書》中用圖畫描繪了筒車的工作原理.如圖是一個(gè)半徑為6m的筒車，筒車轉(zhuǎn)輪的中心到水面的距離為3m，每2分鐘逆時(shí)針勻速旋轉(zhuǎn)一圈.筒車上的一個(gè)盛水筒P（視為質(zhì)點(diǎn)）從水中浮現(xiàn)（圖中點(diǎn)A）時(shí)開始記時(shí).建立如圖平面直角坐標(biāo)系，將P到水面距離表示為時(shí)間的函數(shù)，則.題型一：三角函數(shù)模型在物理學(xué)中的應(yīng)用例1．（2023·重慶·統(tǒng)考模擬預(yù)測(cè)）已知某彈簧振子的位移（單位：cm）與時(shí)間（單位：s）滿足，初始時(shí)將彈簧振子下壓至后松開，經(jīng)過測(cè)量發(fā)現(xiàn)彈簧振子每10s往復(fù)振動(dòng)5次，則在第45s時(shí)，彈簧振子的位移是cm.例2．（2023·廣東揭陽·高三統(tǒng)考期末）如圖，一臺(tái)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電流是正弦式電流，即電壓U（單位：V）和時(shí)間t（單位：s）滿足.在一個(gè)周期內(nèi)，電壓的絕對(duì)值超過的時(shí)間為.（答案用分?jǐn)?shù)表示）.例3．（2023·北京西城·高一北京師大附中校考期中）從本質(zhì)上來講，聲音實(shí)際上是一種簡(jiǎn)諧振動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)械波，也稱聲波.聲音兩個(gè)最主要的要素：響度和音調(diào)，分別由振動(dòng)的振幅和頻率刻畫.其中最基本的聲波就是簡(jiǎn)諧振動(dòng)所產(chǎn)生的正弦波.純音是以某個(gè)固定頻率進(jìn)行簡(jiǎn)諧振動(dòng)所產(chǎn)生的聲波，且純音的函數(shù)可以表示為：，其中，，則這個(gè)函數(shù)的頻率為（寫出表達(dá)式即可）（注：頻率是周期的倒數(shù)）一般說的，，，，，，又是什么呢？這些唱名是音調(diào)的一種記法，音調(diào)與頻率之間的關(guān)系為.已知標(biāo)準(zhǔn)音（也是純音）的音調(diào)為，那么標(biāo)準(zhǔn)音對(duì)應(yīng)的函數(shù)中.已知標(biāo)準(zhǔn)音和標(biāo)準(zhǔn)音的頻率比為，那么標(biāo)準(zhǔn)音的音調(diào)為.（取，，結(jié)果精確到小數(shù)點(diǎn)后兩位）.變式1．（2023·高一課時(shí)練習(xí)）電流隨時(shí)間變化的函數(shù)的圖象如圖所示，則時(shí)的電流為．變式2．（2023·上海嘉定·高一上海市嘉定區(qū)第一中學(xué)校考期中）如圖，彈簧掛著的小球做上下振動(dòng)，它在秒時(shí)相對(duì)于平衡位置（即靜止時(shí)的位置）的高度厘米滿足下列關(guān)系：，，則每秒鐘小球能振動(dòng)次.變式3．（2023·高一課時(shí)練習(xí)）如果音叉發(fā)出的聲波可以用函數(shù)描述，那么音叉聲波的頻率是.【方法技巧與總結(jié)】處理物理學(xué)問題的策略（1）常涉及的物理學(xué)問題有單擺、光波、電流、機(jī)械波等，其共同的特點(diǎn)是具有周期性．（2）明確物理概念的意義，此類問題往往涉及諸如頻率、振幅等概念，因此要熟知其意義并與對(duì)應(yīng)的三角函數(shù)知識(shí)結(jié)合解題．題型二：三角函數(shù)模型的實(shí)際應(yīng)用例4．（2023·全國(guó)·高一隨堂練習(xí)）某地為發(fā)展旅游業(yè)，在旅游手冊(cè)中給出了當(dāng)?shù)匾荒昝總€(gè)月的月平均氣溫表，根據(jù)圖中提供的數(shù)據(jù)，試用近似地?cái)M合出月平均氣溫y（單位：℃）與時(shí)間t（單位：月）的函數(shù)關(guān)系，并求出其周期和振幅，以及氣溫達(dá)到最大值和最小值的時(shí)間．（答案不唯一）例5．（2023·全國(guó)·高一隨堂練習(xí)）某昆蟲種群數(shù)量1月1日低到700只，其數(shù)量隨著時(shí)間變化逐漸增加，到當(dāng)年7月1日高達(dá)900只，其數(shù)量在這兩個(gè)值之間按正弦曲線規(guī)律改變．(1)求出這種昆蟲種群數(shù)量y（單位：只）關(guān)于時(shí)間t（單位：月）的函數(shù)解析式；(2)畫出這個(gè)函數(shù)的圖象．例6．（2023·全國(guó)·高一隨堂練習(xí)）北京天安門廣場(chǎng)的國(guó)旗每天是在日出時(shí)隨太陽升起，在日落時(shí)降旗．請(qǐng)根據(jù)年鑒或其他參考資料，統(tǒng)計(jì)過去一年不同日期的日出和日落時(shí)間．(1)在同一直角坐標(biāo)系中，以日期為橫軸，畫出散點(diǎn)圖，并用曲線去擬合這些數(shù)據(jù)，同時(shí)找到函數(shù)模型；(2)某同學(xué)準(zhǔn)備在五一長(zhǎng)假時(shí)去看升旗，他應(yīng)當(dāng)幾點(diǎn)到達(dá)天安門廣場(chǎng)？變式4．（2023·高一課時(shí)練習(xí)）如圖，某動(dòng)物種群數(shù)量在某年1月1日低至700，7月1日高至900，其總量在此兩值之間呈正弦型曲線變化．(1)求出種群數(shù)量y關(guān)于時(shí)間t的函數(shù)表達(dá)式；（其中t以年初以來的月份為計(jì)量單位，如1月用表示）(2)估計(jì)當(dāng)年3月1日該動(dòng)物種群數(shù)量．變式5．（2023·高一課時(shí)練習(xí)）潮汐是發(fā)生在沿海地區(qū)的一種自然現(xiàn)象，其形成是由于海水受日月的引力作用，潮是指海水在一定的時(shí)候發(fā)生漲落的現(xiàn)象，一般來說，早潮叫潮，晚潮叫汐．某觀測(cè)站通過長(zhǎng)時(shí)間的觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)潮汐的漲落規(guī)律和函數(shù)圖象基本一致且周期為，其中x為時(shí)間，為水深．當(dāng)時(shí)，海水上漲至最高，最高為5米．(1)求函數(shù)的解析式，并作出函數(shù)在上的簡(jiǎn)圖；(2)求海水持續(xù)上漲的時(shí)間區(qū)間．變式6．（2023·高一課時(shí)練習(xí)）已知某海濱浴場(chǎng)海浪的高度（米）是時(shí)間（，單位：時(shí)）的函數(shù)，記作：，下表是某日各時(shí)的浪高數(shù)據(jù)：（時(shí)）03691215182124（米）經(jīng)長(zhǎng)期觀察，的曲線可近似地看成是函數(shù)的圖象.(1)根據(jù)以上數(shù)據(jù)，求函數(shù)的最小正周期，振幅及函數(shù)解析式；(2)依據(jù)規(guī)定，當(dāng)海浪高度高于1米時(shí)才對(duì)沖浪愛好者開放，請(qǐng)依據(jù)（1）中的結(jié)論，判斷一天內(nèi)的10：00至20：00之間，有多少時(shí)間可供沖浪者進(jìn)行運(yùn)動(dòng)？變式7．（2023·四川眉山·高一校考期中）海水受日月的引力，在一定的時(shí)候發(fā)生漲落的現(xiàn)象叫潮，一般地，早潮叫潮，晚潮叫汐．在通常情況下，船在漲潮時(shí)駛進(jìn)航道，靠近碼頭；卸貨后，在落潮時(shí)返回海洋．下面是某港口在某季節(jié)每天的時(shí)間與水深關(guān)系表：時(shí)刻2：005：008：0011：0014：0017：0020：0023：00水深（米）經(jīng)長(zhǎng)期觀測(cè)，這個(gè)港口的水深與時(shí)間的關(guān)系，可近似用函數(shù)來描述．(1)根據(jù)以上數(shù)據(jù)，求出函數(shù)的表達(dá)式；(2)一條貨船的吃水深度（船底與水面的距離）為米，安全條例規(guī)定至少要有2米的安全間隙（船底與洋底的距離），該貨船在一天內(nèi)什么時(shí)間段能安全進(jìn)出港口？【方法技巧與總結(jié)】解三角函數(shù)應(yīng)用問題的基本步驟題型三：數(shù)據(jù)擬合問題例7．（2023·高一課時(shí)練習(xí)）某港口水深（米是時(shí)間（，單位：小時(shí)）的函數(shù)，下表是水深數(shù)據(jù)：（小時(shí)）03691215182124（米根據(jù)上述數(shù)據(jù)描成的曲線如圖所示，經(jīng)擬合，該曲線可近似地看成正弦函數(shù)的圖象.(1)試根據(jù)數(shù)據(jù)表和曲線，求出的表達(dá)式；(2)一般情況下，船舶航行時(shí)船底與海底的距離不小于米是安全的，如果某船的吃水度（船底與水面的距離）為7米，那么該船在什么時(shí)間段能夠安全進(jìn)港？若該船欲當(dāng)天安全離港，它在港內(nèi)停留的時(shí)間最多不能超過多長(zhǎng)時(shí)間？（忽略離港所用的時(shí)間）例8．（2023·江西景德鎮(zhèn)·高一統(tǒng)考期中）“八月十八潮，壯觀天下無．”——蘇軾《觀浙江濤》，該詩(shī)展現(xiàn)了湖水漲落的壯闊畫面，某中學(xué)數(shù)學(xué)興趣小組進(jìn)行潮水漲落與時(shí)間的關(guān)系的數(shù)學(xué)建模活動(dòng)，通過實(shí)地考察某港口水深y（米）與時(shí)間（單位：小時(shí)）的關(guān)系，經(jīng)過多次測(cè)量篩選，最后得到下表數(shù)據(jù)：t（小時(shí)）03691215182124y（米）該小組成員通過查閱資料、咨詢老師等工作，以及現(xiàn)有知識(shí)儲(chǔ)備，再依據(jù)上述數(shù)據(jù)描成曲線，經(jīng)擬合，該曲線可近似地看成函數(shù)圖象．(1)試根據(jù)數(shù)據(jù)表和曲線，求出近似函數(shù)的表達(dá)式；(2)一般情況下，船舶航行時(shí)船底與海底的距離不小于米是安全的，如果某船舶公司的船的吃水度（船底與水面的距離）為8米，請(qǐng)你運(yùn)用上面興趣小組所得數(shù)據(jù)，結(jié)合所學(xué)知識(shí)，給該船舶公司提供安全進(jìn)此港時(shí)間段的建議．例9．（2023·高一課時(shí)練習(xí)）下表所示的是芝加哥1951～1981年的月平均氣溫(℉)．月份123456平均氣溫月份789101112平均氣溫以月份為x軸，x＝月份－1，平均氣溫為y軸建立直角坐標(biāo)系．(1)描出散點(diǎn)圖；(2)用正弦曲線去擬合這些數(shù)據(jù)；(3)這個(gè)函數(shù)的周期是多少？(4)估計(jì)這個(gè)正弦曲線的振幅A；(5)下面四個(gè)函數(shù)模型中哪一個(gè)最適合這些數(shù)據(jù)？①＝cos；②＝cos；③＝cos；④＝sin．變式8．（2023·福建福州·高一福建省長(zhǎng)樂第一中學(xué)?？茧A段練習(xí)）某港門的水深y(米)是時(shí)間x(，單位：小時(shí))的函數(shù)，下面是水深數(shù)據(jù)：經(jīng)擬合，該曲線可近似地看成正弦函數(shù)的圖象.x(時(shí))03691215182124y(米)（1）試根據(jù)以上數(shù)據(jù)，求出的表達(dá)式；（2）一般情況下，船舶航行時(shí)，船底離海底的距離不少于米時(shí)是安全的，如果某船的吃水深度(船底與水面的距離)為7米，那么該船在什么時(shí)間段能夠安全進(jìn)港？若該船欲當(dāng)天安全離港，則在港內(nèi)停留的時(shí)間最多不能超過多長(zhǎng)時(shí)間(忽略進(jìn)出所用的時(shí)間)？變式9．（2023·吉林長(zhǎng)春·高一長(zhǎng)春市第八中學(xué)?？计谀╅L(zhǎng)春某日氣溫是時(shí)間t(，單位：小時(shí))的函數(shù)，下面是某天不同時(shí)間的氣溫預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)：t(時(shí))03691215182124根據(jù)上述數(shù)據(jù)描出的曲線如圖所示，經(jīng)擬合，該曲線可近似地看成余弦型函數(shù)的圖象.（1）根據(jù)以上數(shù)據(jù)，試求(，，)的表達(dá)式；（2）大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，某種特殊商品在室外銷售可獲3倍于室內(nèi)銷售的利潤(rùn)，但對(duì)室外溫度要求是氣溫不能低于.根據(jù)（1）中所得模型，一個(gè)24小時(shí)營(yíng)業(yè)的商家想獲得最大利潤(rùn)，應(yīng)在什么時(shí)間段(用區(qū)間表示)將該種商品放在室外銷售，單日室外銷售時(shí)間最長(zhǎng)不能超過多長(zhǎng)時(shí)間？(忽略商品搬運(yùn)時(shí)間及其它非主要因素，理想狀態(tài)下哦，奧力給!)變式10．（2023·江西宜春·高一統(tǒng)考期末）某地農(nóng)業(yè)檢測(cè)部門統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)：該地區(qū)近幾年的生豬收購(gòu)價(jià)格每四個(gè)月會(huì)重復(fù)出現(xiàn)，但生豬養(yǎng)殖成本逐月遞增．下表是今年前四個(gè)月的統(tǒng)計(jì)情況：月份1月份2月份3月份4月份收購(gòu)價(jià)格（元/斤）6765養(yǎng)殖成本（元/斤）344．65現(xiàn)打算從以下兩個(gè)函數(shù)模型：①，（，，）；②中選擇適當(dāng)?shù)暮瘮?shù)模型，分別來擬合今年生豬收購(gòu)價(jià)格（元/斤）與相應(yīng)月份之間的函數(shù)關(guān)系、養(yǎng)殖成本（元/斤）與相應(yīng)月份之間的函數(shù)關(guān)系．（1）請(qǐng)你選擇適當(dāng)?shù)暮瘮?shù)模型，分別求出這兩個(gè)函數(shù)模型解析式；（2）按照你選定的函數(shù)模型，幫助該部門分析一下，今年該地區(qū)生豬養(yǎng)殖戶在接下來的月份里有沒有可能虧損？【方法技巧與總結(jié)】數(shù)據(jù)擬合的通法（1）處理的關(guān)鍵：數(shù)據(jù)擬合是一項(xiàng)重要的數(shù)據(jù)處理能力，解決該類問題的關(guān)鍵在于如何把實(shí)際問題三角函數(shù)模型化，而散點(diǎn)圖在這里起了關(guān)鍵作用．（2）一般方法：數(shù)據(jù)對(duì)→作散點(diǎn)圖→確定擬合函數(shù)→解決實(shí)際問題．題型四：三角函數(shù)在圓周中的應(yīng)用例10．（2023·四川綿陽·高一四川省綿陽南山中學(xué)校考階段練習(xí)）摩天輪是一種大型轉(zhuǎn)輪狀的機(jī)械建筑設(shè)施，游客坐在摩天輪的座艙里慢慢地往上轉(zhuǎn)，可以從高處俯四周景色如圖，某摩天輪最高點(diǎn)距離地面高度為，轉(zhuǎn)盤直徑為，均勻設(shè)置了依次標(biāo)號(hào)為號(hào)的個(gè)座艙.開啟后摩天輪按照逆時(shí)針方向勻速旋轉(zhuǎn)，游客在座艙轉(zhuǎn)到距離地面最近的位置進(jìn)艙，開始轉(zhuǎn)動(dòng)后距離地面的高度為，轉(zhuǎn)一周需要.若甲、乙兩人分別坐在號(hào)和號(hào)座艙里且t=0時(shí)，1號(hào)座艙位于距離地面最近的位置，當(dāng)時(shí)，兩人距離地面的高度差（單位：）取最大值時(shí)，時(shí)間的值是.例11．（2023·遼寧沈陽·高一沈陽二十中校聯(lián)考期中）一半徑為米的水輪如圖所示，水輪圓心距離水面米．已知水輪按逆時(shí)針做勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，每60秒轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，如果當(dāng)水輪上點(diǎn)從水面浮現(xiàn)時(shí)（圖中點(diǎn)位置）開始計(jì)時(shí)，則P點(diǎn)離開水面的高度h關(guān)于時(shí)間t的函數(shù)解析式為．例12．（2023·云南玉溪·高一云南省玉溪第一中學(xué)?？茧A段練習(xí)）如圖是一個(gè)半徑為2米的水車，水車圓心距離水面1米.水車按逆時(shí)針方向勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，每12秒轉(zhuǎn)一圈，當(dāng)水車上點(diǎn)從水中浮現(xiàn)時(shí)（圖中點(diǎn)）開始計(jì)算時(shí)間，設(shè)水車所在平面與水面的交線為，以過點(diǎn)且平行于的直線為軸，以過點(diǎn)且與水面垂直的直線為軸，建立如圖所示的直角坐標(biāo)系，設(shè)點(diǎn)距離水面的高度（單位：米）關(guān)于時(shí)間（單位：秒）的函數(shù)為，則.變式11．（2023·北京·高一北京市第三十五中學(xué)?？茧A段練習(xí)）如圖為一半徑是3m的水輪，水輪圓心距離水面2m，已知水輪每分鐘旋轉(zhuǎn)4圈，水輪上的點(diǎn)到水面的距離與時(shí)間滿足函數(shù)關(guān)系，則.變式12．（2023·北京房山·高一統(tǒng)考期中）將圖（1）所示的摩天輪抽象成圖（2）所示的平面圖形．已知摩天輪的半徑為40米，其中心點(diǎn)距地面45米，摩天輪按逆時(shí)針方向勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，每24分鐘轉(zhuǎn)一圈．摩天輪上一點(diǎn)距離地面的高度為（單位：米），若從摩天輪的最低點(diǎn)處開始轉(zhuǎn)動(dòng)，則與轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間（單位：分鐘）之間的關(guān)系為．(1)求，，，的值；(2)摩天輪轉(zhuǎn)動(dòng)8分鐘后，求點(diǎn)距離地面的高度；(3)在摩天輪轉(zhuǎn)動(dòng)一圈內(nèi)，求點(diǎn)距離地面的高度超過65米的時(shí)長(zhǎng)．變式13．（2023·四川成都·高一樹德中學(xué)?？茧A段練習(xí)）摩天輪是一種大型轉(zhuǎn)輪狀的機(jī)械建筑設(shè)施，游客坐在摩天輪的座艙里慢慢地往上轉(zhuǎn)，可以從高處俯四周景色如圖，某摩天輪最高點(diǎn)距離地面高度為，轉(zhuǎn)盤直徑為，均勻設(shè)置了依次標(biāo)號(hào)為號(hào)的個(gè)座艙.開啟后摩天輪按照逆時(shí)針方向勻速旋轉(zhuǎn)，游客在座艙轉(zhuǎn)到距離地面最近的位置進(jìn)艙，開始轉(zhuǎn)動(dòng)后距離地面的高度為，轉(zhuǎn)一周需要.(1)求在轉(zhuǎn)動(dòng)一周的過程中，關(guān)于的函數(shù)解析式；(2)若甲、乙兩人分別坐在號(hào)和號(hào)座艙里，在運(yùn)行一周的過程中，求兩人距離地面的高度差（單位：）關(guān)于的函數(shù)解析式，并求的最大值及此時(shí)的值.變式14．（2023·黑龍江哈爾濱·高一哈爾濱三中?？茧A段練習(xí)）甲乙兩名同學(xué)周末去游樂場(chǎng)游玩，甲同學(xué)去坐摩天輪，乙同學(xué)因?yàn)榭指咧荒茉谛菹^(qū)P處等待．如圖，已知摩天輪的半徑為40米，按逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)且每20分鐘轉(zhuǎn)一圈．摩天輪開始轉(zhuǎn)動(dòng)后甲從最低點(diǎn)M經(jīng)過50秒恰好轉(zhuǎn)到A處，此時(shí)乙在P處看甲的仰角為15°，又過了200秒轉(zhuǎn)到B處，此時(shí)乙在P處看甲的仰角為60°，摩天輪與底座的基點(diǎn)H及休息區(qū)P在同一個(gè)豎直的平面內(nèi)．(1)求休息區(qū)P與摩天輪底座的基點(diǎn)H之間的距離；(2)求摩天輪的最高點(diǎn)到地面的距離．題型五：幾何中的三角函數(shù)模型例13．（2023·全國(guó)·高一隨堂練習(xí)）如圖放置的邊長(zhǎng)為1的正方形PABC沿x軸滾動(dòng)．設(shè)頂點(diǎn)的縱坐標(biāo)與橫坐標(biāo)的函數(shù)關(guān)系式是，畫出點(diǎn)P的運(yùn)動(dòng)軌跡，并討論是否為周期函數(shù)．如果是，指出周期；如果不是，請(qǐng)說明理由．說明：“正方形PABC沿x軸滾動(dòng)”包括沿x軸正方向和沿x軸負(fù)方向滾動(dòng)．沿x軸正方向滾動(dòng)是先以頂點(diǎn)A為中心順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，當(dāng)頂點(diǎn)B落在x軸上時(shí)，再以頂點(diǎn)B為中心順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，如此繼續(xù)．類似地，正方形PABC可以沿x軸負(fù)方向滾動(dòng)．例14．（2023·浙江杭州·高一校聯(lián)考階段練習(xí)）某小區(qū)擬用一塊半圓形地塊（如圖所示）建造一個(gè)居民活動(dòng)區(qū)和綠化區(qū)．已知半圓形地塊的直徑千米，點(diǎn)是半圓的圓心，在圓弧上取點(diǎn)、，使得，把四邊形建為居民活動(dòng)區(qū)，并且在居民活動(dòng)區(qū)周圍鋪上一條由線段，，和組成的塑膠跑道，其它部分建為綠化區(qū)．設(shè)，且；(1)求塑膠跑道的總長(zhǎng)關(guān)于的函數(shù)關(guān)系式；(2)當(dāng)為何值時(shí)，塑膠跑道的總長(zhǎng)最長(zhǎng)，并求出的最大值．例15．（2023·遼寧·沈陽市奉天高級(jí)中學(xué)高一期中）某市政廣場(chǎng)有一塊矩形綠地，如圖，米，米.為了滿足通行及市民休閑的需求，同時(shí)考慮到廣場(chǎng)的整體規(guī)劃，施工單位決定在的中點(diǎn)G處，分別向邊修兩條互相垂直的小路，再修建小路，設(shè).(1)試將的周長(zhǎng)l表示成關(guān)于的函數(shù)關(guān)系式，并求出定義域；(2)根據(jù)預(yù)算及其他因素考慮，最終決定修建的三條小路總長(zhǎng)需為500米，求此時(shí)的值.變式15．（2023·湖南·高一課時(shí)練習(xí)）如圖，矩形ABCD的相鄰兩條邊AB，BC的長(zhǎng)度分別為1和3，點(diǎn)E，F(xiàn)是BC的三等分點(diǎn)，求證：．一、單選題1．（2023·高一課時(shí)練習(xí)）車流量被定義為單位時(shí)間內(nèi)通過某路段的車輛數(shù)，若上班高峰期某十字路口的車流量F（單位：輛/分鐘）與時(shí)間t（單位：分鐘）的函數(shù)關(guān)系式為，則車流量增加的時(shí)間段是（）A． B．C． D．2．（2023·陜西西安·高一?？计谥校┕糯鷶?shù)學(xué)家劉徽編撰的《重差》是中國(guó)最早的一部測(cè)量學(xué)著作，也為地圖學(xué)提供了數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，現(xiàn)根據(jù)劉徽的《重差》測(cè)景一個(gè)球體建筑物的高度，已知點(diǎn)A是球體建筑物與水平地面的接觸點(diǎn)（切點(diǎn)），地面上B，C兩點(diǎn)與點(diǎn)A在一條直線上，且在點(diǎn)A的同側(cè)，若在B，C處分別測(cè)得球體建筑物的最大仰角為60°和30°，且，則該球體建筑物的高度約為（）A．100m B． C． D．3．（2023·北京海淀·高一統(tǒng)考期末）海洋中的波動(dòng)是海水的重要運(yùn)動(dòng)形式之一．在外力的作用下，海水質(zhì)點(diǎn)離開其平衡位置做周期性或準(zhǔn)周期性的運(yùn)動(dòng)，由于流體的連續(xù)性，必然帶動(dòng)其鄰近質(zhì)點(diǎn)，從而導(dǎo)致其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)在空間的傳播．（節(jié)選自《海洋科學(xué)導(dǎo)論》馮士筰李風(fēng)岐李少菁主編高等教育出版社）某校海洋研學(xué)小組的同學(xué)為了研究海水質(zhì)點(diǎn)在豎直方向上的運(yùn)動(dòng)情況，通過數(shù)據(jù)采集和分析，同學(xué)們發(fā)現(xiàn)海水質(zhì)點(diǎn)在某一時(shí)間段相對(duì)于海平面的位移（米）與時(shí)間（秒）的關(guān)系近似滿足，其中常數(shù)．經(jīng)測(cè)定，在秒時(shí)該質(zhì)點(diǎn)第一次到達(dá)波峰，在秒時(shí)該質(zhì)點(diǎn)第三次到達(dá)波峰．在時(shí)，該質(zhì)點(diǎn)相對(duì)于海平面的位移不低于米的總時(shí)長(zhǎng)為（

）A．秒 B．2秒 C．秒 D．3秒4．（2023·黑龍江大慶·高一鐵人中學(xué)?？计谥校┩曹囀俏覈?guó)古代發(fā)明的一種水利灌溉工具，因其經(jīng)濟(jì)又環(huán)保，至今還在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到使用圖明朝科學(xué)家徐光啟在《農(nóng)政全書》中用圖畫描繪了筒車的工作原理圖假定在水流量穩(wěn)定的情況下，筒車上的每一個(gè)盛水筒都做逆時(shí)針勻速圓周運(yùn)動(dòng)，筒車轉(zhuǎn)輪的中心到水面的距離為，筒車的半徑為，筒車轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為，如圖所示，盛水桶視為質(zhì)點(diǎn)的初始位置距水面的距離為，則后盛水桶到水面的距離近似為（

）A． B． C． D．5．（2023·山東臨沂·高一統(tǒng)考期中）筒車是我國(guó)古代發(fā)明的一種水利灌溉工具，因其經(jīng)濟(jì)又環(huán)保，至今還在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到使用．現(xiàn)有一個(gè)筒車按逆時(shí)針方向勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，每分鐘轉(zhuǎn)動(dòng)6圈，如圖，將該筒車抽象為圓，筒車上的盛水桶抽象為圓上的點(diǎn)，已知圓的半徑為，圓心距離水面，且當(dāng)圓上點(diǎn)從水中浮現(xiàn)時(shí)（圖中點(diǎn)）開始計(jì)算時(shí)間．根據(jù)如圖所示的直角坐標(biāo)系，將點(diǎn)到水面的距離（單位：，在水面下，為負(fù)數(shù)）表示為時(shí)間（單位：）的函數(shù)，當(dāng)時(shí)，點(diǎn)到水面的距離為（

）A． B． C． D．6．（2023·北京豐臺(tái)·高一統(tǒng)考期中）半徑為2m的水輪如圖所示，水輪的圓心距離水面m.已知水輪按逆時(shí)針方向每分鐘轉(zhuǎn)4圈，水輪上的點(diǎn)到水面的距離(單位：m）與時(shí)間(單位：s）滿足關(guān)系式.從點(diǎn)離開水面開始計(jì)時(shí)，則點(diǎn)到達(dá)最高點(diǎn)所需最短時(shí)間為（

）A．s B．s C．s D．10s7．（2023·高一課時(shí)練習(xí)）海水受日月的引力，在一定的時(shí)候發(fā)生潮漲潮落，船只一般漲潮時(shí)進(jìn)港卸貨，落潮時(shí)出港航行，某船吃水深度（船底與水面距離）為米，安全間隙（船底與海底距離）為米，該船在開始卸貨，吃水深度以米/小時(shí)的速度減少，該港口某季節(jié)每天幾個(gè)時(shí)刻的水深如下表所示，若選擇（）擬合該港口水深與時(shí)間的函數(shù)關(guān)系，則該船必須停止卸貨駛離港口的時(shí)間大概控制在（

）（要考慮船只駛出港口需要一定時(shí)間）時(shí)刻0:003:006:009:0012:0015:0018:0021:0024:00水深（米）A．至 B．至C．至 D．至8．（2023·廣東·統(tǒng)考二模）已知某摩天輪的半徑為，其中心到地面的距離為，摩天輪啟動(dòng)后按逆時(shí)針方向勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，每分鐘轉(zhuǎn)動(dòng)一圈．已知當(dāng)游客距離地面超過時(shí)進(jìn)入最佳觀景時(shí)間段，則游客在摩天輪轉(zhuǎn)動(dòng)一圈的過程中最佳觀景時(shí)長(zhǎng)約有（

）A．分鐘 B．分鐘 C．分鐘 D．分鐘二、多選題9．（2023·四川綿陽·高二四川省綿陽南山中學(xué)?？奸_學(xué)考試）如圖（1），筒車是我國(guó)古代發(fā)明的一種水利灌溉工具，因其經(jīng)濟(jì)又環(huán)保，至今在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中仍得到使用.如圖（2），一個(gè)筒車按照逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，筒車上的某個(gè)盛水筒到水面的距離為(單位：m)(在水下則為負(fù)數(shù))、與時(shí)間(單位：s)之間的關(guān)系是，則下列說法正確的是（

）A．筒車的半徑為3m，旋轉(zhuǎn)一周用時(shí)60sB．筒車的軸心距離水面的高度為C．盛水筒出水后至少經(jīng)過20s才可以達(dá)到最高點(diǎn)D．時(shí)，盛水筒處于向上運(yùn)動(dòng)狀態(tài)10．（2023·福建漳州·高一?？计谥校┤鐖D（1），筒車是我國(guó)古代發(fā)明的一種水利灌溉工具，因其經(jīng)濟(jì)又環(huán)保，至今在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中仍得到使用.如圖（2），一個(gè)筒車按照逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，筒車上的某個(gè)盛水筒到水面的距離為（單位：m）（在水下則為負(fù)數(shù)）、與時(shí)間（單位：s）之間的關(guān)系是，則下列說法正確的是（

）A．筒車的半徑為3m，旋轉(zhuǎn)一周用時(shí)30sB．筒車的軸心距離水面的高度為C．時(shí)，盛水筒處于向上運(yùn)動(dòng)狀態(tài)D．盛水筒出水后至少經(jīng)過20s才可以達(dá)到最高點(diǎn)11．（2023·福建漳州·高一校聯(lián)考期中）一半徑為米的水輪如圖所示，水輪圓心距離水面米.已知水輪按順時(shí)針方向繞圓心做勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，每秒轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，如果當(dāng)水輪上點(diǎn)從水面浮現(xiàn)時(shí)（圖中點(diǎn)位置）開始計(jì)時(shí)，則下列判斷正確的有（

）A．點(diǎn)第一次到達(dá)最高點(diǎn)需要秒B．點(diǎn)第一次到達(dá)最低點(diǎn)需要秒C．在水輪轉(zhuǎn)動(dòng)的一圈內(nèi)，有秒的時(shí)間，點(diǎn)在水面的下方D．當(dāng)水輪轉(zhuǎn)動(dòng)秒時(shí)，點(diǎn)距離水面的高度是米12．（2023·江蘇南京·高三南京市第九中學(xué)?？茧A段練習(xí)）水車在古代是進(jìn)行灌溉引水的工具，亦稱“水轉(zhuǎn)筒車”，是一種以水流作動(dòng)力，取水灌田的工具.據(jù)史料記載，水車發(fā)明于隋而盛于唐，距今已有1000多年的歷史，是人類的一項(xiàng)古老的發(fā)明，也是人類利用自然和改造自然的特征.如圖是一個(gè)半徑為的水車，一個(gè)水斗從點(diǎn)出發(fā)，沿圓周按逆時(shí)針方向勻速旋轉(zhuǎn)，且旋轉(zhuǎn)一周用時(shí)120秒.經(jīng)過秒后，水斗旋轉(zhuǎn)到點(diǎn)，設(shè)點(diǎn)的坐標(biāo)為，其縱坐標(biāo)滿足（，，），則下列敘述正確的是（

）A．B．當(dāng)時(shí)，函數(shù)單調(diào)遞增C．當(dāng)時(shí)，的最大值為D．當(dāng)時(shí)，三、填空題13．（2023·江西萍鄉(xiāng)·高一統(tǒng)考期末）若以函數(shù)圖像上相鄰的四個(gè)最值所在的點(diǎn)為頂點(diǎn)恰好構(gòu)成一個(gè)菱形，則．14．（2023·高一課前預(yù)習(xí)）如圖1，筒車是我國(guó)古代發(fā)明的一種水利灌溉工具，如圖2，將筒車簡(jiǎn)化為圓，以為原點(diǎn)，以與水平平行的直線為軸建立直角坐標(biāo)系，設(shè)時(shí)，盛水筒位于，以為始邊，以為終邊的角為，動(dòng)點(diǎn)每秒鐘逆時(shí)針轉(zhuǎn)過，則盛水筒的高度與時(shí)間的關(guān)系是.15．（2023·湖北武漢·武漢二中校聯(lián)考模擬預(yù)測(cè)）如圖，一根絕對(duì)剛性且長(zhǎng)度不變?質(zhì)量可忽略不計(jì)的線，一端固定，另一端懸掛一個(gè)沙漏.讓沙漏在偏離平衡位置一定角度（最大偏角）后在重力作用下在鉛垂面內(nèi)做周期擺動(dòng)，沙漏擺動(dòng)時(shí)離開平衡位置的位移（單位：）與時(shí)間（單位：）滿足函數(shù)關(guān)系，若函數(shù)在區(qū)間上的最大值為，最小值為，則的最小值為.16．（2023·四川成都·高一四川省成都市新都一中校聯(lián)考期中）如圖，一個(gè)筒車按逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，每分鐘轉(zhuǎn)5圈，若從盛水筒P剛出水面開始計(jì)時(shí)，則盛水筒到水面的距離y（單位：m）（水面下則y為負(fù)數(shù)）與時(shí)間t（單位：s）之間的關(guān)系式為，盛水筒至少經(jīng)過s能到達(dá)距離水面的位置．四、解答題17．（2023·全國(guó)·高一課堂例題）已知摩天輪的半徑為60m，其中心距離地面70m，摩天輪做勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，每30min轉(zhuǎn)一圈，摩天輪上點(diǎn)的起始位置在最低點(diǎn)處．