4. 如图,正方形ABCD的边长为2,将长为2的线段QR的两端放在正方形的相邻的两边上同时滑动.点Q从点A出发,按A→B→C→D→A的顺序滑动到A止;同时点R从点B出发,按B→C→D→A→B的顺序滑动到B止.点N是正方形ABCD内任一点,把点N落在线段QR的中点M所经过的路线围成的图形内的概率记为P,则P等于

A.$\frac{4-π}{4}$
B.$\frac{π}{4}$
C.$\frac{1}{4}$
D.$\frac{π-1}{4}$
解析:
【分析】
本题属于几何概型问题,解题思路如下:首先明确几何概型的概率等于对应区域的面积比,即所求概率为线段QR中点M的运动轨迹围成的图形面积与正方形总面积的比值;其次推导M的运动轨迹,由于QR长度固定为2,且Q、R始终在正方形相邻的直角边上滑动,根据直角三角形斜边中线等于斜边一半的性质,可得中点M到正方形对应顶点的距离恒为1,由此确定M的轨迹是四段四分之一圆弧;最后计算两块区域的面积比即可得到概率。
【解析】
1. 计算正方形ABCD的面积:
正方形边长为2,因此$ S_{正方形}=2×2=4 $。
2. 确定中点M的运动轨迹及对应面积:
当Q、R在正方形一组相邻边上滑动时,以Q在AB边、R在BC边为例,此时$∠ B=90°$,M是斜边QR的中点,根据直角三角形斜边中线的性质,$ BM=\frac{1}{2}QR=\frac{1}{2}×2=1 $,即此时M到点B的距离恒为1,轨迹为以B为圆心、半径为1的四分之一圆;
同理,Q、R分别在BC与CD、CD与DA、DA与AB边上滑动时,M的轨迹分别为以C、D、A为圆心、半径为1的四分之一圆。
四段四分之一圆拼接为一个完整的半径为1的圆,其面积为$ S_{圆}=π×1^2=π $。
3. 计算所求概率:
M的轨迹围成的图形面积为正方形面积减去上述圆的面积,即$ S=4-π $,因此概率$ P=\frac{S}{S_{正方形}}=\frac{4-π}{4} $。
【答案】
A
【知识点】
直角三角形斜边中线性质,几何概型,扇形面积计算
【点评】
本题结合了动点轨迹、直角三角形性质和概率计算,核心突破口是利用直角三角形斜边中线的性质确定动点的运动轨迹,再通过面积比求解概率,属于中等综合性题目。
【难度系数】
0.6