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。
- 拖动 P 沿直线左右移动,盯住 ∠APB 一行读数。
- 找到使读数最大的位置,对照图中标出的最优点 T。
- 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?
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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)
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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:
- 确定直线 l 与定线段 AB(A、B 都在 l 的同侧)。
- 作过 A、B 且与 l 相切的圆,找出切点 T。
- 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。
- 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?
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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。