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- 2021-06-16 发布
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§6 平面向量的应用
6.1 余弦定理与正弦定理
一、余弦定理
必备知识·自主学习
1.余弦定理
(1)文字叙述:三角形任何一边的平方等于其他两边的平方和减去这两边与它们
夹角余弦的积的两倍.
(2)符号表示:a2=______________, b2= ______________,
c2= ______________.
导
思
1.余弦定理的内容是什么?
2.余弦定理可以解决哪些问题?
b2+c2-2bccos A a2+c2-2accos B
a2+b2-2abcos C
【说明】余弦定理的理解:
(1)适用范围:任意三角形.
(2)结构特征:“平方”“夹角”“余弦”.
(3)主要作用:余弦定理的主要作用是实现三角形中边角关系的互化.
【思考】
余弦定理与勾股定理之间有何联系?
提示:余弦定理可以看作是勾股定理的推广,勾股定理是余弦定理的特例.
2.余弦定理的公式变形
2 2 2 2 2 2
2 2 2
b c a a c bcos A cos B2bc 2ac
a b ccos C .2ab
- -, ,
-
【思考】
(1)观察余弦定理的符号表示及其公式变形,你认为余弦定理可以用来求解哪类
三角形?
提示:①已知两边及其夹角,解三角形;
②已知三边,解三角形.
(2)在解题过程中出现什么样的条件时考虑余弦定理去化简变形呢?
提示:当条件中出现了余弦定理的局部或变形,如a2+b2,a+b,ab,cos A等,可以考
虑使用余弦定理或变形公式对条件进行化简变形.
3.三角形面积公式
△ABC的面积公式为S= ah= absin C(其中a,b,c分别为A,B,C的对边,h为边BC
上的高).
1
2
1
2
【思考】
若已知三角形的两边及其夹角,如何选用面积公式?
提示:选用S= absin C= acsin B= bcsin A更简便.1
2
1
2
1
2
【基础小测】
1.辨析记忆(对的打“√”,错的打“×”)
(1)余弦定理仅适用于非直角三角形. ( )
(2)在△ABC中,若c2>a2+b2,则△ABC为钝角三角形. ( )
(3)在△ABC中,若已知两边和它们的夹角,求第三边和其他两个角的类型问题,
则求解时都只有一个解.( )
提示:(1)×.余弦定理适用于任意三角形.
(2)√.由c2>a2+b2,可得a2+b2-c2<0,所以cos C= <0,故C为钝角,
△ABC为钝角三角形.
(3)√.根据余弦定理可知第三边唯一,从而三角形确定,另外两角确定,故该
三角形唯一.
2 2 2a b c
2ab
-
2.在△ABC中角A,B,C的对边分别是a,b,c,若a=3,b=4,∠C=120°,则c=( )
A.37 B.13 C. D.
【解析】选D.因为a=3,b=4,∠C=120°,
所以c2=a2+b2-2abcos C=9+16+12=37,
所以c= .
13 37
37
3.(教材二次开发:例题改编)江岸边有一炮台高30米,江中有两条船,由炮台顶
部测得俯角分别为45°和30°,而且两条船与炮台底部连线成30°角,则两条船
相距 ( )
A.10米 B.100米 C.30米 D.20米
【解析】选C.由题意画出示意图,如图:
炮台高AB=30,不妨令由炮台顶部测得船C俯角为45°,
船D的俯角为30°,
则∠CAB=45°,BC=AB=30,∠DAB=60°,
BD= AB=30 ,又∠CBD=30°,
所以CD2=BC2+BD2-2BC·BD·cos 30°=900,
所以CD=30.
3 3
关键能力·合作学习
类型一 应用余弦定理解三角形(数学运算)
【题组训练】
1.边长为5,7,8的三角形的最大角与最小角之和为( )
A.90° B.120° C.135° D.150°
2.在△ABC中,a,b,c分别为角A,B,C的对边,若a=2,b=3,A= ,则△ABC解的
个数是 ( )
A.0 B.1 C.2 D.不确定
6
3.(2020·全国卷Ⅲ)在△ABC中,cos C= ,AC=4,BC=3,则cos B= ( )2
3
1 1A. B.9 3
1 2C. D.2 3
【解析】1.选B.根据三角形角边关系可得,最大角与最小角所对的边的长分别
为8与5,设长为7的边所对的角为θ,则最大角与最小角的和是180°-θ,
由余弦定理可得cos θ= ,所以θ=60°,故最大角与最小角的
和为120°.
2.选C.在△ABC中由余弦定理得a2=b2+c2-2bccos A,所以4=9+c2-6c· ,
即c2-3 c+5=0,
解得c= 或c= ,
所以△ABC解的个数是2.
25 64 49 1
2 5 8 2
-
3
2
3
3 3 7
2
3 3 7
2
-
3.选A.由余弦定理可知cos C=
可得|AB|=3,又由余弦定理可知:
cos B=
2 2 2 2 2 22 | BC| | AC| | AB| 3 4 | AB|
3 2|BC||AC| 2 3 4
,
2 2 2 2 2 2|AB| | BC| | AC| 3 3 4 1 .2|AB||BC| 2 3 3 9
【解题策略】利用余弦定理解三角形的方法
(1)已知两边及一角解三角形有以下两种情况:
①已知角是其中一边的对角,用余弦定理列出关于另一边的一元二次方程求解;
②已知角是两边的夹角,直接运用余弦定理求出另外一边,然后直接利用余弦定
理求解其他角.
(2)已知三角形的三边或其比值解三角形:
①已知三边求角时直接利用余弦定理;
②若已知三角形三边的比例关系,常根据比例的性质引入k,从而转化为已知三
边求角.
注意:在解与三角形、三角函数有关的问题时,要牢记30°,45°,60°等特殊角
的三角函数值.
【补偿训练】
有一个内角为120°的三角形的三边长分别为m,m+1,m+2,则实数m的值为( )
【解析】选B.由题意可知120°角所对的边为最大边,故cos 120°=
,化简得2m2-m-3=0,解得m= 或m=-1(舍).
3 5A.1 B. C.2 D.2 2
2 22m m 1 m 2
2m m 1
- 3
2
类型二 应用余弦定理判断三角形形状(逻辑推理)
【典例】在△ABC中,若cos A+cos C= ,则△ABC的形状是 ( )
A.C为直角的直角三角形
B.C为钝角的钝角三角形
C.B为直角的直角三角形
D.A为锐角的三角形
【思路导引】利用余弦定理角化边,根据立方和公式变形化简可得a2+c2=b2,
由此可得答案.
a c
b
【解析】选C.因为cos A+cos C= ,
所以
所以a(b2+c2-a2)+c(a2+b2-c2)=2ac(a+c),
所以b2(a+c)-(a3+c3)=ac(a+c),
所以b2(a+c)-(a+c)(a2-ac+c2)=ac(a+c),
因为a+c>0所以b2-(a2-ac+c2)=ac.
所以a2+c2=b2,
所以B为直角,故该三角形为以B为直角的直角三角形.
a c
b
2 2 2 2 2 2b c a a b c a c
2bc 2ab b
- - ,
【解题策略】判断三角形形状的途径
(1)利用余弦定理,将已知条件转换为边的关系,通过因式分解、配方等得出边
的相应关系;
(2)利用余弦定理将已知条件转化为角的三角函数间关系,利用公式得出内角关
系.
注意:在上述两种途径的等式变形中,一般两边不能直接约去公因式,应移项提
取公因式,以免漏解.
【跟踪训练】
在△ABC中,已知cos A= (a,b,c分别为角A,B,C的对边),则△ABC为( )
A.等腰三角形 B.等边三角形
C.直角三角形 D.等腰直角三角形
【解析】选C.由题意cos A= 及余弦定理cos A= 得
整理得c2=a2+b2,故△ABC是直角三角形.
b
c
b
c
2 2 2b c a
2bc
-
2 2 2b b c a
c 2bc
- ,
1.在△ABC中,AB=5,AC=3,BC=7,则∠BAC的大小为( )
【解析】选A.cos∠BAC=
所以∠BAC= .
课堂检测·素养达标
2 5A. B.3 6
3C. D.4 3
2 2 2AC AB BC 9 25 49 1
2 AC AB 2 3 5 2
- - ,
2
3
2.已知△ABC的三边长a=3,b=5,c=6,则△ABC的面积为 ( )
【解析】选B.由余弦定理可得cos C=
所以sin C=
故△ABC的面积为S= absin C=
A. 14 B.2 14 C. 15 D.2 15
2 2 2a b c 9 25 36 1 ,2ab 2 3 5 15
- - -
224 4 14 ,15 15
1
2
1 4 143 5 2 14.2 15
3.(教材二次开发:练习改编)△ABC的内角A,B,C所对的边分别为a,b,c.若
a=2,A= ,c=2 ,则b=________.
【解析】由余弦定理得a2=b2+c2-2bccos A,即b2-6b+8=0,因为b>0,解得b=2或4.
答案:2或4
6
3
4.已知△ABC三条边上的高分别为3,4,6,则△ABC最小内角的余弦值为_____.
【解析】不妨设AB边上的高为3,AC边上的高为4,BC边上的高为6,则根据三角
形面积相等可得3AB=4AC=6BC,故BC边最短,BC边对应的角A最小,
由余弦定理可得cos A=
答案:
2 2 2
2 2 2
32BC ( BC) BCAB AC BC 72 .32AB AC 82 2BC BC2
--
7
8
5.在锐角三角形ABC中,内角A,B,C的对边分别为a,b,c,若a=6,b+c=8,A= .
求△ABC的面积.
【解析】由余弦定理a2=b2+c2-2bccos A,得b2+c2-bc=36,又b+c=8,所以bc= ,
所以S△ABC= bcsin A=
3
28
3
1
2
1 28 3 7 3 .2 3 2 3
二十二 余 弦 定 理
【基础通关—水平一】
(15分钟 30分)
1.在△ABC中,a,b,c分别为A,B,C的对边,A=60°,b=1,三角形的面积为 ,则
a=( )
【解析】选D.依题意S= bcsin A= ·1·csin 60°= ,解得c=4,由余弦
定理得a=
课时素养评价
3
1
2
A.2 B. 10 C.2 3 D. 13
1
2 3
2 21 4 2 1 4cos 60 13. -
【补偿训练】
在△ABC中,a,b,c分别是角A,B,C的对边,若2b=a+c,B=30°,△ABC的面积
是 ,则b= ( )
【解析】选A.由已知S= acsin B= acsin 30°= ac= ,得ac=6,所以b2=
a2+c2-2accos 30°=(a+c)2-2ac- ac=4b2-6(2+ ),解得b= +1.
3
2
1 3 2 3A.1 3 B. C. D.2 32 2
1
2
1
2
1
4
3
2
3 3 3
2.满足A=60°,c=1,a= 的△ABC的个数记为m,则am的值为( )
A.3 B. C.1 D.不确定
【解析】选B.由余弦定理可得a2=b2+c2-2bccos A,
即3=b2+1-b,解得b=2或b=-1(舍去),
所以满足条件的△ABC只有一个,即m=1,所以am= .
3
3
3
3.在△ABC中,角A,B,C所对的边分别为a,b,c,且b2+c2=a2+bc,bc=a2,则△ABC的
形状是 ( )
A.等腰三角形 B.直角三角形
C.等边三角形 D.等腰直角三角形
【解析】选C.由b2+c2=a2+bc,可得b2+c2-a2=bc,故cos A=
因为00,故最大角C为锐角,从而△ABC为锐角三角形,故此选项不
符合题意;D选项不需要验证即可判断(多选题至少有两项满足,则D项必定成立).
4 4 9 1
2 2 2 8
- -
4 9 10 1
2 2 3 4
-
三、填空题(每小题5分,共10分)
7.在△ABC中,A,B,C所对的边分别为a,b,c.若c= b,cos B= cos C,a= ,
则S△ABC= .
【解题指南】先根据余弦定理得b2+c2=a2,再根据直角三角形求结果.
2 2 3
【解析】因为cos B= cos C,
所以 结合c= b,
化简得a= b,从而有b2+c2=a2,
即△ABC为直角三角形,将c= b,a=
代入b2+c2=a2,得b=1,于是c= ,
所以S△ABC= bc= .
答案:
2
2 2 2 2 2 2a c b 2(a b c )
2ac 2ab
- - , 2
3
2 3
2
1
2
2
2
2
2
【补偿训练】
在△ABC中,角A,B,C所对的边分别为a,b,c,若C= ,c=2,则△ABC面积的
最大值为 .
3
【解析】由C= 及c=2
可得4=a2+b2-2abcos ,
即a2+b2-ab=4,由不等式a2+b2≥2ab
可得2ab-ab≤4,即ab≤4,
当且仅当a=b=2时取等号.
所以S= absin C=
故△ABC面积的最大值为 .
答案:
3
3
1
2
3 3ab 4 34 4
,
3
3
8.在△ABC中,角A,B,C的对边分别为a,b,c,且a=3,b=4,c=6,则bccos A+
accos B+bccos C的值是 .
【解析】因为cos A=
所以bccos A= (b2+c2-a2),
同理accos B= (a2+c2-b2),
abcos C= (a2+b2-c2),
所以bccos A+accos B+abcos C= (a2+b2+c2)= .
答案:
2 2 2b c a
2bc
- ,
1
2
1
2
1
2
1
2
61
2
61
2
四、解答题(每小题10分,共20分)
9.设向量m=(a,b),n=(b-2,a-2),在△ABC中,a,b,c分别为角A,B,C的对边,且
2c2=(2b-a)b+(2a-b)a.
(1)求角C;
(2)若m⊥n,边长c=2,求△ABC的周长l和面积S的值.
【解析】(1)由已知可得c2=b2+a2-ab,
所以cos C= 所以C= .
(2)由题意可知m⊥n,
可得a(b-2)+b(a-2)=0,所以a+b=ab,
由余弦定理可知4=a2+b2-ab=(a+b)2-3ab,
则(a+b)2-3(a+b)-4=0,即a+b=4,
故周长为4+2=6,面积S= absin C= ·4·sin = .
2 2 2b a c 1
2ab 2
- ,
3
1
2
1
2 3
3
10.在△ABC中,角A,B,C所对的边分别为a,b,c,c=2acos B.
(1)判断△ABC的形状;
(2)若c=1,C= ,求△ABC的面积.
6
【解析】(1)因为c=2acos B,所以
所以a2+c2-b2=c2,即a2=b2,
所以a=b,△ABC为等腰三角形.
(2)由(1)知a=b,
所以cos C=
解得a2=2+ ,
所以S△ABC= absin C= a2sin C=
2 2 2a c bc 2a 2ac
- ,
2 2 2 2
2
a b c 2a 1 3
2ab 2a 2
- - ,
3
1
2
1
2
2 3 .4
【创新迁移】
1.在△ABC中,D在线段AB上,且AD=5,BD=3,若CB=2CD,cos∠CDB=- ,则下列
说法错误的是 ( )
A.△ABC的面积为8
B.△ABC的周长为8+4
C.△ABC为钝角三角形
D.sin∠CDB=
5
5
5
3
10
【解析】选D.设CD=a,则BC=2a,
在△BCD中,BC2=CD2+BD2-2BD·CD·cos∠CDB,解得a= ,
所以S△DBC= BD·CD·sin∠CDB= ×3× × =3,
所以S△ABC= S△DBC=8,故A正确;
因为∠ADC=π-∠CDB,所以cos∠ADC=cos(π-∠CDB)=-cos∠CDB= ,
在△ADC中,AC2=AD2+CD2-2AD·DC·cos∠ADC,解得AC=2 ,
5
1
2
1
2 5 2 5
5
3 5
3
5
5
5
所以C△ABC=AB+AC+BC= 故B正确;
因为AB=8为最大边,所以cos C= <0,即∠C为钝角,
所以△ABC为钝角三角形,故C正确.
因为cos∠CDB=- ,
所以sin∠CDB= 故D错误.
(3 5) 2 5 2 5 8 4 5 ,
2 2 2BC AC AB 3
2BC AC 5
- -
5
5
2 2 51 cos CDB 5
- ,
2.如图,△ABC的顶点坐标分别为A(3,4),B(0,0),C(c,0).
(1)若c=5,求sin A的值;
(2)若A为钝角,求c的取值范围.
【解析】(1)因为A(3,4),B(0,0),
所以AB=5,当c=5时BC=5,
所以AC=
由余弦定理知cos A=
因为0 ,故c的取值范围为
2 2 2AB AC BC .2AB AC
-
25
3
25( ).3
,