Trigonometry · real student question

一把梯子斜靠在牆上,頂端接觸牆面的位置離地 24 呎,底端離牆 7 呎。求梯子的長度,以及它與地面所夾的角。

Question

一把梯子斜靠在垂直的牆上。梯頂接觸牆面的高度離地 2424 呎,梯底離牆 77 呎。

求梯子的長度,以及它與地面所夾的角。

Step-by-step solution

  1. 把情境模型化成直角三角形。 牆是垂直的、地面是水平的,所以兩者夾 9090^\circ。梯子是斜邊,沿牆的高度(2424 呎)是地面夾角的對邊,離牆的距離(77 呎)是它的鄰邊。先把圖畫一次,哪一邊是哪一邊的模糊就全消失了。

  2. 用畢氏定理求長度。 兩股為 772424、斜邊為 cc

    c2=72+242=49+576=625c^2=7^2+24^2=49+576=625
    c=625=25 ftc=\sqrt{625}=25\text{ ft}

    長度剛好是整數,是因為 (7,24,25)(7,24,25) 是畢氏三數 —— 這通常是課本題被刻意設計過的訊號。

  3. 挑一個只用到題給資料的三角比。θ\theta 為地面處的角。題目給定的兩邊是對邊(2424)與鄰邊(77),而剛好由這兩者組成的比就是正切:

    tanθ=oppositeadjacent=247\tan\theta=\frac{\text{opposite}}{\text{adjacent}}=\frac{24}{7}

    用正切的好處是,第 2 步若算錯也不會傳染到角度。

  4. 取反正切得到角度。

    θ=arctan ⁣(247)=arctan(3.4286)73.74\theta=\arctan\!\left(\frac{24}{7}\right)=\arctan(3.4286)\approx 73.74^\circ

    記得把計算機切到度數模式;在弧度模式下同樣的按鍵會給出 1.2871.287

  5. 用別的三角比檢查角度。 用算出來的斜邊,

    sinθ=2425=0.96,cosθ=725=0.28\sin\theta=\frac{24}{25}=0.96,\qquad \cos\theta=\frac{7}{25}=0.28

    arcsin(0.96)\arcsin(0.96)arccos(0.28)\arccos(0.28) 都得到 73.7473.74^\circ,而 0.962+0.282=0.9216+0.0784=10.96^2+0.28^2=0.9216+0.0784=1 也確認這個三角形前後一致。角度很陡也符合物理直覺:梯子往上升了 2424 呎,往外只移動 77 呎。

Answer

長度=25 ft,θ=arctan ⁣(247)73.7\text{長度} = 25\ \text{ft},\qquad \theta = \arctan\!\left(\tfrac{24}{7}\right) \approx 73.7^\circ

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