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2026年高考数学北京-10

(4分)曲柄摇杆机构可以实现旋转运动与摆动运动的相互转化,被广泛应用于多个领域.已知从某曲柄摇杆机构中可抽象出如图所示的平面图形$ABCD$,其中$A$,$B$为定点,$C$,$D$为动点,$AB=4$,$BC=\dfrac{5}{2}$,$CD=3$,$AD=1$,则$\cos \angle ABC$的取值范围是(  )

A.$[\dfrac{5}{16}$,$\dfrac{53}{80}]$              B.$[\dfrac{5}{16}$,$\dfrac{73}{80}]$              C.$[\dfrac{5}{12}$,$\dfrac{53}{80}]$              D.$[\dfrac{5}{12}$,$\dfrac{73}{80}]$
〖答案〗$B$
〖分析〗先确定$AC$的取值范围,再利用余弦定理推导$\cos \angle ABC$的表达式,再求其取值范围即可.
〖解答〗解:因为$D$是动点且$AD=1$,所以点$D$在以$A$为圆心、1为半径的圆上,
又因为$CD=3$,所以点$C$在以$D$为圆心、3为半径的圆上,
所以点$C$到点$A$的距离范围为$3-1\leqslant AC\leqslant 3+1$,即$2\leqslant AC\leqslant 4$,
在△$ABC$中,因为$AB=4$,$BC=\dfrac{5}{2}$,
所以由余弦定理得$\cos \angle ABC=\dfrac{AB^{2}+BC^{2}-AC^{2}}{2\cdot AB\cdot BC}=\dfrac{4^{2}+(\dfrac{5}{2})^{2}-AC^{2}}{2\times 4\times \dfrac{5}{2}}=\dfrac{16+\dfrac{25}{4}-AC^{2}}{20}=\dfrac{\dfrac{89}{4}-AC^{2}}{20}$,
当$AC=2$时,$AC^{2}=4$,代入表达式可得:$\cos \angle ABC=\dfrac{\dfrac{89}{4}-4}{20}=\dfrac{\dfrac{73}{4}}{20}=\dfrac{73}{80}$;
当$AC=4$时,$AC^{2}=16$,代入表达式可得:$\cos \angle ABC=\dfrac{\dfrac{89}{4}-16}{20}=\dfrac{\dfrac{25}{4}}{20}=\dfrac{5}{16}$,
因为$AC^{2}$在$[4$,$16]$上单调递增,所以$\dfrac{89}{4}-AC^{2}$单调递减,所以$\cos \angle ABC$也单调递减,
所以$\cos \angle ABC$的取值范围是$[\dfrac{5}{16},\dfrac{73}{80}]$.
故选:$B$.
〖点评〗本题考查余弦定理在解三角形中的应用,圆的几何性质,属于中档题.
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