题目
设xOy平面上有正方形 = (x,y)|0leqslant xleqslant 1,0leqslant yleqslant 1 及直线 :x+y=t(tgeqslant 0).-|||-若S(t)表示正方形D位于直线l左下方部分的面积,试求S(t)与t之间的函数-|||-关系.
题目解答
答案
解析
考查要点:本题主要考查几何区域面积随参数变化的分段函数表达式,涉及直线与正方形的交点分析及分段积分计算。
解题核心思路:
- 确定直线与正方形的交点位置,根据参数$t$的不同取值,判断直线切割正方形的位置关系。
- 分区间讨论面积计算:
- 当$t$较小时,直线切割正方形形成三角形区域;
- 当$t$适中时,直线切割正方形形成梯形或五边形,需用总面积减去剩余三角形面积;
- 当$t$足够大时,直线完全位于正方形外,面积恒为正方形总面积。
- 验证分段点的连续性,确保函数表达式在分界点处衔接自然。
破题关键点:
- 正确划分$t$的区间($0 \leq t \leq 1$,$1 < t \leq 2$,$t > 2$)。
- 几何图形的直观分析,避免代数计算错误。
当 $0 \leq t \leq 1$ 时
直线 $x + y = t$ 与正方形 $D$ 的交点为 $(t, 0)$ 和 $(0, t)$,左下方区域为直角三角形,面积为:
$S(t) = \frac{1}{2} t^2.$
当 $1 < t \leq 2$ 时
直线与正方形交于 $(1, t-1)$ 和 $(t-1, 1)$,左下方区域为正方形减去右上方小三角形。小三角形边长为 $2 - t$,面积为 $\frac{1}{2}(2 - t)^2$,故:
$S(t) = 1 - \frac{1}{2}(2 - t)^2 = -\frac{1}{2}t^2 + 2t - 1.$
当 $t > 2$ 时
直线完全位于正方形右上方,左下方区域为整个正方形,面积恒为 $1$。