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2022年高考数学北京10

(4分)在$\Delta ABC$中,$AC=3$,$BC=4$,$\angle C=90^\circ$.$P$为$\Delta ABC$所在平面内的动点,且$PC=1$,则$\overrightarrow{PA}\cdot \overrightarrow{PB}$的取值范围是(  )
A.$[-5$,$3]$              B.$[-3$,$5]$              C.$[-6$,$4]$              D.$[-4$,$6]$
分析:根据条件,建立平面直角坐标系,设$P(x,y)$,计算可得$\overrightarrow{PA}\cdot \overrightarrow{PB}=-3x-4y+1$,进而可利用参数方程转化为三角函数的最值问题求解.
解答:解:在$\Delta ABC$中,$AC=3$,$BC=4$,$\angle C=90^\circ$,
以$C$为坐标原点,$CA$,$CB$所在的直线为$x$轴,$y$轴建立平面直角坐标系,如图:

则$A(3,0)$,$B(0,4)$,$C(0,0)$,
设$P(x,y)$,
因为$PC=1$,
所以$x^{2}+y^{2}=1$,
又$\overrightarrow{PA}=(3-x,-y)$,$\overrightarrow{PB}=(-x,4-y)$,
所以$\overrightarrow{PA}\cdot \overrightarrow{PB}=-x(3-x)-y(4-y)=x^{2}+y^{2}-3x-4y=-3x-4y+1$,
设$x=\cos \theta$,$y=\sin \theta$,
所以$\overrightarrow{PA}\cdot \overrightarrow{PB}=-(3\cos \theta +4\sin \theta )+1=-5\sin (\theta +\varphi )+1$,其中$\tan \varphi =\dfrac{3}{4}$,
当$\sin (\theta +\varphi )=1$时,$\overrightarrow{PA}\cdot \overrightarrow{PB}$有最小值为$-4$,
当$\sin (\theta +\varphi )=-1$时,$\overrightarrow{PA}\cdot \overrightarrow{PB}$有最大值为6,
所以$\overrightarrow{PA}\cdot \overrightarrow{PB}\in [-4$,$6]$,
故选:$D$.
点评:本题考查了平面向量数量积的最值问题,属于中档题.
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