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- 2021-06-16 发布
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专题23正弦定理、余弦定理的应用
1.能够运用正弦定理、余弦定理等知识解决一些与测量和几何计算有关的实际问题.
1.实际问题中的常用角
(1)仰角和俯角
在同一铅垂平面内的水平视线和目标视线的夹角,目标视线在水平视线上方叫仰角,目标视线在水平视线下方叫俯角(如图1).
(2)方位角
从正北方向起按顺时针转到目标方向线之间的水平夹角叫做方位角.如B点的方位角为α(如图2).
(3)方向角:正北或正南方向线与目标方向线所成的锐角,如南偏东30°,北偏西45°等.
(4)坡度:坡面与水平面所成的二面角的正切值.
高频考点一 考查测量距离
例1、如图所示,有两座建筑物AB和CD都在河的对岸(不知道它们的高度,且不能到达对岸),某人想测量两座建筑物尖顶A、C之间的距离,但只有卷尺和测量仪两种工具.若此人在地面上选一条基线EF,用卷尺测得EF的长度为a,并用测角仪测量了一些角度:∠AEF=α,∠AFE=β,∠CEF=θ,∠CFE=φ,∠AEC=γ.请你用文字和公式写出计算
A、C之间距离的步骤和结果.
【方法技巧】求距离问题时要注意
(1)选定或确定要创建的三角形,要首先确定所求量所在的三角形,若其他量已知则直接解;若有未知量,则把未知量放在另一确定三角形中求解;
(2)确定用正弦定理还是余弦定理,如果都可用,就选择更便于计算的定理.
【变式探究】
隔河看两目标A与B,但不能到达,在岸边选取相距 km的C,D两点,同时,测得∠ACB=75°,∠BCD=45°,∠ADC=30°,∠ADB=45°(A,B,C,D在同一平面内),求两目标A,B之间的距离.
【解析】如图,在△ACD中,∠ACD=120°,
∠CAD=∠ADC=30°.所以AC=CD=.
在△BCD中,∠BCD=45°,∠BDC=75°,∠CBD=60°,由正弦定理知BC==
.
在△ABC中,由余弦定理,得AB2=AC2+BC2-2AC·BC·cos ∠ACB=()2+2-2×××cos 75°=3+2+-=5,所以AB= km,
所以A,B两目标之间的距离为 km.
高频考点二 考查高度问题
例2、如图,在湖面上高为10 m处测得天空中一朵云的仰角为30°,测得湖中之影的俯角为45°,则云距湖面的高度为(精确到0.1 m)( )
A.2.7 m B.17.3 m
C.37.3 m D.373 m
【解析】在△ACE中,
tan 30°==.
∴AE=.
在△AED中,tan 45°==,
∴AE=,
∴=,
∴CM==10(2+)≈37.3(m).
【答案】C
【方法技巧】求解高度问题首先应分清
(1)
在测量高度时,要理解仰角、俯角的概念,仰角和俯角都是在同一铅垂面内视线与水平线的夹角;
(2)准确理解题意,分清已知条件与所求,画出示意图;
(3)运用正、余弦定理,有序地解相关的三角形,逐步求解问题的答案,注意方程思想的运用.
【变式探究】如图,为测得河对岸塔AB的高,先在河岸上选一点C,使C在塔底B的正东方向上,测得点A的仰角为60°,再由点C沿北偏东15°方向走10米到位置D,测得∠BDC=45°,则塔AB的高是________米.
【解析】在△BCD中,CD=10,∠BDC=45°,∠BCD=15°+90°=105°,∠DBC=30°,=,BC==10.在Rt△ABC中,tan 60°=,AB=BCtan 60°=10.
【答案】10
高频考点三 考查角度问题
例3、某渔船在航行中不幸遇险,发出呼救信号,我海军舰艇在A处获悉后,立即测出该渔船在方位角为45°,距离A为10海里的C处,并测得渔船正沿方位角为105°的方向,以10海里/时的速度向小岛B靠拢,我海军舰艇立即以10海里/时的速度前去营救,求舰艇的航向和靠近渔船所需的时间.
解 如图所示,设所需时间为t小时,
则AB=10t,CB=10t,
在△ABC中,根据余弦定理,则有AB2=AC2+BC2-2AC·BC·cos 120°,
可得(10t)2=102+(10t)2-2×10×10tcos 120°.
整理得2t2-t-1=0,
解得t=1或t=-(舍去),
所以舰艇需1小时靠近渔船,
此时AB=10,BC=10.
在△ABC中,由正弦定理得=,
∴sin∠CAB===.
∴∠CAB=30°.
所以舰艇航向为北偏东75°.
【方法技巧】解决方位角问题其关键是弄清方位角概念.结合图形恰当选择正、余弦定理解三角形,同时注意平面图形的几何性质的应用.
【变式探究】如图,一船在海上自西向东航行,在A处测得某岛M的方位角为北偏东α角,前进m km后在B处测量该岛的方位角为北偏东β角,已知该岛周围n km范围内(包括边界)有暗礁,现该船继续东行,当α与β满足条件________时,该船没有触礁危险.
高频考点四 考查函数思想在解三角形中的应用
例4、如图所示,一辆汽车从O点出发沿一条直线公路以50公里/小时的速度匀速行驶(图中的箭头方向为汽车行驶方向),汽车开动的同时,在距汽车出发点O点的距离为5
公里、距离公路线的垂直距离为3公里的M点的地方有一个人骑摩托车出发想把一件东西送给汽车司机.问骑摩托车的人至少以多大的速度匀速行驶才能实现他的愿望,此时他驾驶摩托车行驶了多少公里?
【解析】作MI垂直公路所在直线于点I,则MI=3,
∵OM=5,∴OI=4,∴cos∠MOI=.
设骑摩托车的人的速度为v公里/小时,追上汽车的时间为t小时,
由余弦定理得(vt)2=52+(50t)2-2×5×50t×,
即v2=-+2 500==252+900≥900,
∴当t=时,v取得最小值为30,∴其行驶距离为vt==公里.
故骑摩托车的人至少以30公里/小时的速度行驶才能实现他的愿望,此时他驾驶摩托车行驶了公里.
【方法技巧】函数思想在解三角形中常与余弦定理应用及函数最值求法相综合,此类问题综合性较强,能力要求较高,要求考生要有一定的分析问题解决问题的能力.
解答本题利用了函数思想,求解时把速度表示为时间的函数,利用函数最值求法完成解答,注意函数中以为整体构造二次函数,求最值.
【变式探究】如图所示,已知树顶A离地面米,树上另一点B离地面米,某人在离地面米的C处看此树,则该人离此树________米时,看A,B的视角最大.
【解析】过C作CF⊥AB于点F,设∠ACB=α,∠BCF=β,由已知得AB=-=5(
米),BF=-=4(米),AF=-=9(米).则tan(α+β)==,tan β==,∴tan α=[(α+β)-β]===≤=.当且仅当FC=,即FC=6时,tan α取得最大值,此时α取得最大值.
【答案】6
1.【2016年高考四川理数】(本小题满分12分)
在△ABC中,角A,B,C所对的边分别是a,b,c,且.
(I)证明:;
(II)若,求.
【答案】(Ⅰ)证明详见解析;(Ⅱ)4.
【解析】
Ⅰ)根据正弦定理,可设===k(k>0).
则a=ksin A,b=ksin B,c=ksin C.
代入+=中,有
+=,变形可得
sin Asin B=sin Acos B+cos Asin B=sin(A+B).
在△ABC中,由A+B+C=π,有sin(A+B)=sin(π–C)=sin C,
所以sin Asin B=sin C.
2.【2016高考浙江理数】(本题满分14分)在△ABC中,内角A,B,C所对的边分别为a,b,c. 已知b+c=2a cos B.
(I)证明:A=2B;
(II)若△ABC的面积,求角A的大小.
【答案】(I)证明见解析;(II)或.
【解析】
(Ⅰ)由正弦定理得,
故,
于是.
又,,故,所以或,
因此(舍去)或,
所以,.
(Ⅱ)由得,故有,
因为,所以.
又,,所以.
当时,;
当时,.
综上,或.
3.【2016高考山东理数】(本小题满分12分)
在△ABC中,角A,B,C的对边分别为a,b,c,已知
(Ⅰ)证明:a+b=2c;
(Ⅱ)求cosC的最小值.
【答案】(Ⅰ)见解析;(Ⅱ)
【解析】
(Ⅰ)由题意知,
化简得,
即.
因为,
所以.
从而.
由正弦定理得.
(Ⅱ)由(Ⅰ)知,
所以 ,
当且仅当时,等号成立.
故 的最小值为.
【2015高考上海,理14】在锐角三角形中,,为边上的点,与的面积分别为和.过作于,于,则 .
【答案】
【2015高考广东,理11】设的内角,,的对边分别为,,,若, ,,则 .
【答案】.
【解析】因为且,所以或,又,所以,,又,由正弦定理得即解得,故应填入.
【2015高考湖北,理12】函数的零点个数为 .
【答案】2
【解析】因为
所以函数的零点个数为函数与图象的交点的个数,
函数与图象如图,由图知,两函数图象有2个交点,
所以函数有2个零点.
【2015高考湖北,理13】如图,一辆汽车在一条水平的公路上向正西行驶,到处时测得公路北侧一山顶D在西偏北的方向上,行驶600m后到达处,测得此山顶在西偏北的方向上,仰角为,则此山的高度 m.
【答案】
【解析】依题意,,,在中,由,
所以,因为,由正弦定理可得,即m,
在中,因为,,所以,所以m.
【2015高考重庆,理13】在ABC中,B=,AB=,A的角平分线AD=,则AC=_______.
【答案】
【解析】由正弦定理得,即,解得,,从而,所以,.
【2015高考福建,理12】若锐角的面积为 ,且 ,则 等于________.
【答案】7
【解析】由已知得的面积为,所以,,所以.由余弦定理得,.
【2015高考新课标2,理17】(本题满分12分)
中,是上的点,平分,面积是面积的2倍.
(Ⅰ) 求;
(Ⅱ)若,,求和的长.
【答案】(Ⅰ);(Ⅱ).
【解析】(Ⅰ),,因为,,所以.由正弦定理可得.
(Ⅱ)因为,所以.在和中,由余弦定理得
,.
.由(Ⅰ)知,所以.
【2015高考浙江,理16】在中,内角,,所对的边分别为,,,已知,=.
(1)求的值;
(2)若的面积为7,求的值.
【答案】(1);(2).
【2015高考安徽,理16】在中,,点D在边上,,求的长.
【答案】
【解析】如图,
设的内角所对边的长分别是,由余弦定理得
,
所以.
又由正弦定理得.
由题设知,所以.
在中,由正弦定理得.
【2015高考陕西,理17】(本小题满分12分)的内角,,所对的边分别为,,.向量与平行.
(I)求;
(II)若,求的面积.
【答案】(I);(II).
【解析】
(I)因为,所以,
由正弦定理,得
又,从而,
由于,所以
(Ⅱ)解法一:由余弦定理,得
而
得,即
因为,所以.
故的面积为.
解法二:由正弦定理,得,
从而,
又由,知,所以.
故
所以的面积为.
(2014·天津卷)在△ABC中,内角A,B,C所对的边分别是a,b,c.已知b-c=a,2sin B=3sin C,则cos A的值为________.
【答案】-
【解析】∵2sin B=3sin C,∴2b=3c.
又∵b-c=,∴a=2c,b=c,
∴cos A===-.
(2014·新课标全国卷Ⅱ)设点M(x0,1),若在圆O:x2+y2=1上存在点N,使得∠OMN=45°,则x0的取值范围是________.
【答案】[-1,1]
【解析】在△OMN中,OM=≥1=ON,所以设∠ONM=α,则45°≤α<135°.根据正弦定理得=,所以=sin α∈[1,],所以0≤x≤1,即-1≤x0≤1,故符合条件的x0的取值范围为[-1,1].
(2014·广东卷)在△ABC中,角A,B,C所对应的边分别为a,b,c.已知bcos C+ccos B=2b,则=________.
【答案】2
【解析】本题考查了正弦定理以及两角和与差的正弦函数公式,熟练掌握正弦定理是解本题的关键.利用正弦定理,将bcos C+ccos B=2b化简得sin Bcos C+sin Ccos B=2sin B,即sin(B+C)=2sin B.∵sin(B+C)=sin A,∴sin A=2sin B,利用正弦定理化简得a=2b,故=2.
(2014·安徽卷)设△ABC的内角A,B,C所对边的长分别是a,b,c,且b=3,c=1,A=2B.
(1)求a的值;
(2)求sin的值.
(2014·北京卷)如图12,在△ABC中,∠B=,AB=8,点D在BC边上,且CD=2,cos∠ADC=.
(1)求sin∠BAD;
(2)求BD,AC的长.
图12
【解析】(1) 在△ADC中,因为cos ∠ADC=,所以sin ∠ADC=.
所以sin ∠BAD=sin(∠ADC-∠B)=sin ∠ADCcos B-cos ∠ADCsin B=×-×=
.
(2)在△ABD中,由正弦定理得
BD===3.
在△ABC中,由余弦定理得
AC2=AB2+BC2-2AB·BC·cos B
=82+52-2×8×5×=49,
所以AC=7.
(2014·福建卷)在△ABC中,A=60°,AC=4,BC=2 ,则△ABC的面积等于________.
【答案】2
【解析】由=,得sin B==1,
∴B=90°,C=180°-(A+B)=30°,
则S△ABC=·AC·BCsin C=×4×2sin 30°=2,即△ABC的面积等于2.
(2014·湖南卷)如图15所示,在平面四边形ABCD中,AD=1,CD=2,AC=.
图15
(1)求cos∠CAD的值;
(2)若cos∠BAD=-,sin∠CBA=,求BC的长.
【解析】(1)在△ADC中,由余弦定理,得
cos∠CAD=,
故由题设知,cos∠CAD==.
(2)设∠BAC=α,则α=∠BAD-∠CAD.
因为cos∠CAD=,cos∠BAD=-,
所以sin∠CAD==
=,
sin∠BAD===.
于是sin α=sin (∠BAD-∠CAD)
=sin∠BADcos∠CAD-cos∠BADsin∠CAD
=×-×
=.
在△ABC中,由正弦定理,得=.
故BC===3.
(2014·江西卷)在△ABC中,内角A,B,C所对的边分别是a,b,c.若c2=(a-b)2+6,C=,则△ABC的面积是( )
A.3 B. C. D.3
【答案】C
【解析】由余弦定理得,cos C===,所以ab=6,所以S△ABC=absin C=.
(2014·辽宁卷)在△ABC中,内角A,B,C的对边分别为a,b,c,且a>c.已知·=2,cos B=,b=3.求:
(1)a和c的值;
(2)cos(B-C)的值.
【解析】(1)由·=2得c·a·cos B=2,
又cos B=,所以ac=6.
由余弦定理,得a2+c2=b2+2accos B,
又b=3,所以a2+c2=9+2×2=13.
解得或
因为a>c,所以a=3,c=2.
(2)在△ABC中,sin B===.
由正弦定理,得sin C=sin B=·=.
因为a=b>c,所以C为锐角,
因此cos C===.
所以cos(B-C)=cos Bcos C+sin Bsin C=×+×=.
(2014·全国卷)△ABC的内角A,B,C的对边分别为a,b,c.已知3acos C=2ccos A,tan A=,求B.
【解析】由题设和正弦定理得
3sin Acos C=2sin Ccos A,
故3tan Acos C=2sin C.
因为tan A=,所以cos C=2sin C,
所以tan C=.
所以tan B=tan[180°-(A+C)]
=-tan(A+C)
=
=-1,
所以B=135°.
(2014·新课标全国卷Ⅰ)已知a,b,c分别为△ABC三个内角A,B,C的对边,a=2,且(2+b)·(sin A-sin B)=(c-b)sin C,则△ABC面积的最大值为________.
【答案】
【解析】根据正弦定理和a=2可得(a+b)(a-b)=(c-b)c,故得b2+c2-a2=bc
,根据余弦定理得cos A==,所以A=.根据b2+c2-a2=bc及基本不等式得bc≥2bc-a2,即bc≤4,所以△ABC面积的最大值为×4×=.
(2014·新课标全国卷Ⅱ)钝角三角形ABC的面积是,AB=1,BC=,则AC=( )
A.5 B. C.2 D.1
【答案】B
【解析】根据三角形面积公式,得BA·BC·sin B=,即×1××sin B=,得sin B=,其中C8 B.ab(a+b)>16
C.6≤abc≤12 D.12≤abc≤24
【答案】A
【解析】因为A+B+C=π,所以A+C=π-B,C=π-(A+B),所以由已知等式可得sin 2A+sin(π-2B)=sin[π-2(A+B)]+,即sin 2A+sin 2B=sin 2(A+B)+,
所以sin[(A+B)+(A-B)]+sin[(A+B)-(A-B)]=sin 2(A+B)+,
所以2 sin(A+B)cos(A-B)=2sin(A+B)cos(A+B)+,
所以2sin(A+B)[cos(A-B)-cos(A+B)]=,所以sin Asin Bsin C=.
由1≤S≤2,得1≤bcsin A≤2.由正弦定理得a=2Rsin A,b=2Rsin B,c=2Rsin C,所以1≤2R2·sin Asin Bsin C≤2,所以1≤≤2,即2≤R≤2 ,所以bc(b+c)>abc=8R3sin Asin Bsin C=R3≥8.
1.在相距2 km的A,B两点处测量目标点C,若∠CAB=75°,∠CBA=60°,则A,C两点之间的距离为( )
A. km B. km
C. km D.2 km
解析 如图,在△ABC中,由已知可得∠ACB=45°,∴=,∴AC=2×=(km).
答案 A
2.一艘海轮从A处出发,以每小时40海里的速度沿南偏东40°的方向直线航行,30分钟后到达B处,在C处有一座灯塔,海轮在A处观察灯塔,其方向是南偏东70°,在B处观察灯塔,其方向是北偏东65°,那么B,C两点间的距离是( )
A.10海里 B.10海里
C.20海里 D.20海里
解析 如图所示,易知,
在 △ABC中,AB=20,∠CAB=30°,∠ACB=45°,
根据正弦定理得=,
解得BC=10(海里).
答案 A
3.如图所示,已知两座灯塔A和B与海洋观察站C的距离都等于a km,灯塔A
在观察站C的北偏东20°,灯塔B在观察站C的南偏东40°,则灯塔A与B的距离为( )
A.a km B. a km
C.a km D.2a km
解析 由题图可知,∠ACB=120°,
由余弦定理,得AB2=AC2+BC2-2AC·BC·cos∠ACB
=a2+a2-2·a·a·=3a2,解得AB=a(km).
答案 B
4.如图,一条河的两岸平行,河的宽度d=0.6 km,一艘客船从码头A出发匀速驶往河对岸的码头B.已知AB=1 km,水的流速为2 km/h,若客船从码头A驶到码头B所用的最短时间为6 min,则客船在静水中的速度为( )
A.8 km/h B.6 km/h
C.2 km/h D.10 km/h
解析 设AB与河岸线所成的角为θ,客船在静水中的速度为v km/h,由题意知,sin θ==,从而cos θ=,所以由余弦定理得=+12-2××2×1×,解得v=6.选B.
答案 B
5.如图,测量河对岸的塔高AB时可以选与塔底B在同一水平面内的两个测点C与D,测得∠BCD=15°,∠BDC=30°,CD=30,并在点C测得塔顶A的仰角为60°,则塔高
AB等于( )
A.5 B.15
C.5 D.15
解析 在△BCD中,∠CBD=180°-15°-30°=135°.
由正弦定理得=,所以BC=15.
在Rt△ABC中,AB=BCtan ∠ACB=15×=15.
答案 D
6.如图所示,一艘海轮从A处出发,测得灯塔在海轮的北偏东15°方向,与海轮相距20海里的B处,海轮按北偏西60°的方向航行了30分钟后到达C处,又测得灯塔在海轮的北偏东75°的方向,则海轮的速度为________海里/分.
7.江岸边有一炮台高30 m,江中有两条船,船与炮台底部在同一水平面上,由炮台顶部测得俯角分别为45°和60°,而且两条船与炮台底部连线成30°角,则两条船相距________m.
解析 如图,OM=AOtan 45°=30(m),ON=AOtan 30°=×30=10(m),
在△MON中,由余弦定理得,
MN=
==10(m).
答案 10
8.在200 m高的山顶上,测得山下一塔顶和塔底的俯角分别是30°,60°,则塔高为________m.
解析 如图,由已知可得∠BAC=30°,∠CAD=30°,∴∠BCA=60°,∠ACD=30°,∠ADC=120°.又AB=200 m,∴AC=(m).
在△ACD中,由余弦定理得,
AC2=2CD2-2CD2·cos 120°=3CD2,
∴CD=AC=(m).
答案
9.如图,渔船甲位于岛屿A的南偏西60°方向的B处,且与岛屿A相距12海里,渔船乙以10海里/时的速度从岛屿A出发沿正北方向航行,若渔船甲同时从B处出发沿北偏东α的方向追赶渔船乙,刚好用2小时追上.
(1)求渔船甲的速度;
(2)求sin α的值.
解 (1)依题意知,∠BAC=120°,AB=12,AC=10×2=20,∠BCA=α.
在△ABC中,由余弦定理,得BC2=AB2+AC2-2AB·AC·cos∠BAC
=122+202-2×12×20×cos 120°=784.
解得BC=28.
所以渔船甲的速度为=14海里/时.
(2)在△ABC中,因为AB=12,∠BAC=120°,BC=28,∠BCA=α,由正弦定理,得=,
即sin α===.
10.在△ABC中,A=,AB=6,AC=3,点D在BC边上,AD=BD,求AD的长.
解 设△ABC的内角A,B,C所对边的长分别是a,b,c,
由余弦定理,得a2=b2+c2-2bccos∠BAC=(3)2+62-2×3×6×cos=18+36-(-36)=90,
所以a=3.
又由正弦定理,得sin B===,
由题设知0