3. 图 1 是中国古代建筑中的举架结构,\( AA', BB', CC', DD' \) 是桁,相邻桁的水平距离称为步,垂直距离称为举,图 2 是某古代建筑屋顶截面的示意图.其中 \( DD_1, CC_1, BB_1, AA_1 \) 是举,\( OD_1, DC_1, CB_1, BA_1 \) 是相等的步,相邻桁的举步之比分别为 \( \frac{DD_1}{OD_1} = 0.5, \frac{CC_1}{DC_1} = k_1, \frac{BB_1}{CB_1} = k_2, \frac{AA_1}{BA_1} = k_3 \).已知 \( k_1, k_2, k_3 \) 成公差为 \( 0.1 \) 的等差数列,且直线 \( OA \) 的斜率为 \( 0.725 \),则 \( k_3 = \) ( )
【解析详解】
不妨设相等的步长为基准单位 1,即 \( OD_1 = DC_1 = CB_1 = BA_1 = 1 \)。
则点 \( A \) 的总水平坐标为:\( x_A = 1 + 1 + 1 + 1 = 4 \)。
因为 \( k_1, k_2, k_3 \) 成公差为 \( 0.1 \) 的等差数列,所以可将 \( k_1, k_2 \) 统一用 \( k_3 \) 表达:
各级举高分别为:\( DD_1 = 0.5 \times 1 = 0.5 \),\( CC_1 = k_1 \),\( BB_1 = k_2 \),\( AA_1 = k_3 \)。
因此顶点 \( A \) 的总垂直高度为 4 段举高的累加和:
根据直线 \( OA \) 的斜率定义:
去分母解一元一次方程:
故选 D。
• 误选 B 或 C: 漏算了第一段初始举高 0.5,或者把步长总数算成了 3 段。
• 误选 A: 等差数列通项公差方向搞反,写成了 \( k_1 = k_3 + 0.2 \)。
中国古代数学文化建筑建模模型:把古代工程术语“步”(横坐标增量)和“举”(纵坐标增量)精准对应为平面直角坐标系的 \( \Delta x \) 和 \( \Delta y \)。
漏加基础高 0.5!第一桁到地面的垂直距离 \( DD_1 = 0.5 \) 是常数项,很多同学漏掉导致列方程失败。
等差中项快速求和:后三项和为 \( 3k_2 \)。故总高 \( H = 0.5 + 3k_2 = 4 \times 0.725 = 2.9 \implies 3k_2 = 2.4 \implies k_2 = 0.8 \)。公差为 0.1,直接 \( k_3 = k_2 + 0.1 = 0.9 \),心算 15 秒锁定 D!
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