模型

米勒问题:最大视角

在一条直线上找一点 P,使它对一条定线段 AB 的张角最大——答案是过 A、B 且与该直线相切的圆的切点。

问题引入

站在一条直路上看一栋楼(楼的两端是定点 A、B),站在哪里看,楼显得最"宽"?

也就是:在直线上找一点 P,使 ∠APB 最大。这个经典问题叫米勒问题,答案是过 A、B 且与路相切的圆的切点。

动态观察

直线 l 上有一条可拖动的点 P,A、B 是直线外的两个定点。

米勒问题:最大视角
  1. 拖动 P 沿直线左右移动,盯住 ∠APB 一行读数。
  2. 找到使读数最大的位置,对照图中标出的最优点 T。
  3. 注意张角的变化趋势:先变大、后变小——最大值出现在中间某处。

规律发现

当 P 移动到某一点 T 时,∠APB 取得最大值。这个 T 是过 A、B 两点且与直线 l 相切的圆在 l 上的切点:

∠ATB 最大,且由弦切角定理:∠(l, TA) = ∠TBA

P 沿直线从远处向另一侧移动时,∠APB 如何变化?

  • A先增大后减小
  • B一直增大
  • C一直减小
查看答案

先增大后减小。P 离得越近,视角越大;但 P 走到 A、B 的正下方附近时,若再继续靠近其中一点,角反而会因为"贴得太近"而变小。最大值出现在中间的某个位置。

原理解释

用"同弧所对圆周角相等"来看最清楚:

  • 作过 A、B 的一个圆,它与直线 l 有两个交点,这两个点对 AB 的张角相等(同弧所对圆周角);
  • 把圆慢慢"推向"直线,当圆与直线相切时,两个交点合并成一个切点 T;
  • 此时圆上的点对 AB 的张角达到最大——因为再大的圆就与直线没有交点了(直线上找不到对应的点)。

所以切点就是最大视角的位置。这也解释了为什么把 P 从远处移近时角会先增后减:圆从"与直线相交于两点"变成"相切"再变成"不相交"。

把过 A、B 的圆推向直线时,张角取得最大值的位置对应圆与直线的什么位置关系?(填两个字)

查看答案

相切。圆与直线相切时,两个交点合并成切点,此时直线上没有任何点能张出更大的角。

例题应用

米勒问题在"最大视角""最佳观测位置"类题目中出现,解题步骤固定:

  1. 确定直线 l 与定线段 AB(A、B 都在 l 的同侧)。
  2. 作过 A、B 且与 l 相切的圆,找出切点 T。
  3. 用弦切角定理(切线与弦 TA 的夹角等于 ∠TBA)或相似,求出 T 的位置。
  4. 若题目要求最大角的大小,再用三角函数在直角三角形里算。

在本单元的画板上,把 P 拖到最优点 T 附近,观察 ∠APB 的读数变化有多"平缓"。这说明什么?

查看答案

参考结论:在最优点附近,∠APB 的变化非常平缓——因为函数在极值点处的变化率为零。这也解释了实际生活中"最佳观测点附近都差不多"的现象;反过来,若在远离最优点的地方,稍微移动 P 角度就会明显变化。

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