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- 2021-06-16 发布
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第7讲 解三角形应用举例
一、知识梳理
1.仰角和俯角
在目标视线和水平视线所成的角中,目标视线在水平视线上方的角叫仰角,在水平视线下方的角叫俯角(如图①).
2.方位角
从指北方向顺时针转到目标方向线的水平角,如B点的方位角为α(如图②).
3.方向角
相对于某一正方向的水平角.
(1)北偏东α,即由指北方向顺时针旋转α到达目标方向(如图③).
(2)北偏西α,即由指北方向逆时针旋转α到达目标方向.
(3)南偏西等其他方向角类似.
常用结论
1.明确两类角
(1)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.
(2)方向角:正北或正南方向线与目标方向线所成的锐角.
2.解三角形应用题的一般步骤
二、习题改编
(必修5P24A组T6改编)如图所示,设A,B两点在河的两岸,一测量者在A所在的同侧河岸边选定一点C,测出AC的距离为50 m,∠ACB=45°,∠CAB=105°后,就可以计算出A,B两点的距离为 米.
答案:50
一、思考辨析
判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)从A处望B处的仰角为α,从B处望A处的俯角为β,则α,β的关系为α+β=180°.( )
(2)俯角是铅垂线与视线所成的角,其范围为.( )
(3)方位角与方向角其实质是一样的,均是确定观察点与目标点之间的位置关系.( )
(4)方位角大小的范围是[0,2π),方向角大小的范围一般是.( )
答案:(1)× (2)× (3)√ (4)√
二、易错纠偏
(1)仰角、俯角概念不清;
(2)方向角概念不清;
(3)方位角概念不清.
1.如图所示,在某次测量中,在A处测得同一铅垂平面内的B点的仰角是60°,C点的俯角是70°,则∠BAC= .
答案:130°
2.如图,两座灯塔A和B与海岸观察站C的距离相等,灯塔A在观察站的南偏西40°方向上,灯塔B在观察站的南偏东60°方向上,则灯塔A相对于灯塔B的方向角是 .
答案:南偏西80°
3.点A在点B的南偏西20°方向上,若以点B为基点,则点A的方位角是 .
答案:200°
测量距离问题(师生共研)
(2020·福建宁德5月质检)海洋蓝洞是地球罕见的自然地理现象,被誉为“地球给人类保留宇宙秘密的最后遗产”,我国拥有世界上已知最深的海洋蓝洞.若要测量如图所示的海洋蓝洞的口径(即A,B两点间的距离),现取两点C,D,测得CD=80,∠ADB=135°,∠BDC=∠DCA=15°,∠ACB=120°,则图中海洋蓝洞的口径为 .
【解析】 由已知得,在△ACD中,∠ACD=15°,∠ADC=150°,
所以∠DAC=15°,
由正弦定理得AC===40(+).
在△BCD中,∠BDC=15°,∠BCD=135°,所以∠DBC=30°,
由正弦定理=,
得BC===160sin 15°=40(-).
在△ABC中,由余弦定理,得AB2=1 600×(8+4)+1 600×(8-4)+2×1 600×(+)×(-)×=1 600×16+1 600×4=1 600×20=32 000,
解得AB=80.
故图中海洋蓝洞的口径为80.
【答案】 80
测量距离问题的解法
选择合适的辅助测量点,构造三角形,将实际问题转化为求某个三角形的边长问题,再利用正、余弦定理求解.
[提醒] 解三角形时,为避免误差的积累,应尽可能用已知的数据(原始数据),少用间接求出的量.
如图,为了测量两座山峰上P,Q两点之间的距离,选择山坡上一段长度为300 m且和P,Q两点在同一平面内的路段AB的两个端点作为观测点,现测得∠PAB=90°,∠PAQ=∠PBA=∠PBQ=60°,则P,Q两点间的距离为 m.
解析:由已知,得∠QAB=∠PAB-∠PAQ=30°.又∠PBA=∠PBQ=60°,所以∠AQB=30°,所以AB=BQ.
又PB为公共边,所以△PAB≌△PQB,所以PQ=PA.
在Rt△PAB中,AP=AB·tan 60°=900,故PQ=900,
所以P,Q两点间的距离为900 m.
答案:900
测量高度问题(师生共研)
(2020·吉林长春质量监测四)《海岛算经》是中国学者刘徽编撰的一部测量数学著作,现有取自其中的一个问题:今有望海岛,立两表,齐高三丈,前后相去千步,令后表与前表参相直,从前表却行一百二十三步,人目着地,取望岛峰,与表末参合,从后表却行一百二十七步,人目着地,取望岛峰,亦与表末参合,问岛高几何?其大意为:如图所示,立两个三丈高的标杆BC和DE,两标杆之间的距离BD=1 000步,
两标杆的底端与海岛的底端H在同一直线上,从前面的标杆B处后退123步,人眼贴地面,从地上F处仰望岛峰,A,C,F三点共线,从后面的标杆D处后退127步,人眼贴地面,从地上G处仰望岛峰,A,E,G三点也共线,则海岛的高为(注:1步=6尺,1里=180丈=1 800尺=300步)( )
A.1 255步 B.1 250步
C.1 230步 D.1 200步
【解析】 因为AH∥BC,所以△BCF∽△HAF,所以=.
因为AH∥DE,所以△DEG∽△HAG,所以=.
又BC=DE,所以=,即=,所以HB=30 750步,
又=,所以AH==1 255(步).故选A.
【答案】 A
求解高度问题应注意的3个问题
(1)要理解仰角、俯角的定义;
(2)在实际问题中可能会遇到空间与平面(底面)同时研究的问题,这时最好画两个图形,一个空间图形,一个平面图形;
(3)注意山或塔垂直底面或海平面,把空间问题转化为平面问题.
如图,一辆汽车在一条水平的公路上向正西行驶,到A处时测得公路北侧一山顶D在西偏北30°的方向上,行驶600 m后到达B处,测得此山顶在西偏北75°的方向上,仰角为30°,则此山的高度CD= m.
解析:由题意,在△ABC中,∠BAC=30°,∠ABC=180°-75°=105°,故∠ACB=45°.
又AB=600 m,故由正弦定理得=,
解得BC=300 m.
在Rt△BCD中,CD=BC·tan 30°=300×=100(m).
答案:100
测量角度问题(师生共研)
一艘海轮从A出发,沿北偏东75°的方向航行(2-2)n mile到达海岛B,然后从B出发,沿北偏东15°的方向航行4 n mile到达海岛C.
(1)求AC的长;
(2)如果下次航行直接从A出发到达C,求∠CAB的大小.
【解】 (1)由题意,在△ABC中,
∠ABC=180°-75°+15°=120°,AB=2-2,BC=4,
根据余弦定理得
AC2=AB2+BC2-2AB×BC×cos∠ABC
=(2-2)2+42+(2-2)×4=24,
所以AC=2.
(2)根据正弦定理得,sin∠BAC==,
所以∠CAB=45°.
解决角度问题的三个注意事项
(1)测量角度时,首先应明确方位角及方向角的含义;
(2)求角的大小时,先在三角形中求出其正弦或余弦值;
(3)在解应用题时,要根据题意正确画出示意图,通过这一步可将实际问题转化为可用数学方法解决的问题,解题过程中也要注意体会正、余弦定理综合使用的优点.
1.一艘游轮航行到A处时看灯塔B在A的北偏东75°,距离为12海里,灯塔C在A的北偏西30°,距离为12海里,该游轮由A沿正北方向继续航行到D处时再看灯塔B在其南偏东60°方向,则此时灯塔C位于游轮的( )
A.正西方向 B.南偏西75°方向
C.南偏西60°方向 D.南偏西45°方向
解析:选C.如图:在△ABD中,B=45°,由正弦定理有=,AD=
=24.
在△ACD中,由余弦定理得CD2=AC2+AD2-2AC×AD×cos 30°,因为AC=12,AD=24,所以CD=12,由正弦定理得=,sin∠CDA=,故∠CDA=60°或者∠CDA=120°.
因为AD>AC,故∠CDA为锐角,所以∠CDA=60°.
2.甲船在A处观察乙船,乙船在它的北偏东60°的方向,相距a海里的B处,乙船正向北行驶,若甲船是乙船速度的倍,甲船为了尽快追上乙船,则应取北偏东 (填角度)的方向前进.
解析:设两船在C处相遇,则由题意∠ABC=180°-60°=120°,且=,
由正弦定理得==,
所以sin∠BAC=.
又因为0°<∠BAC<60°,所以∠BAC=30°.
所以甲船应沿北偏东30°方向前进.
答案:30°
核心素养系列12 数学建模——应用举例问题中的核心素养
数学建模是对现实问题进行数学抽象,用数学语言表达问题、用数学知识与方法构建模型解决问题的过程.主要包括:在实际情境中从数学的视角发现问题、提出问题,分析问题、构建模型,求解结论,验证结果并改进模型,最终解决实际问题.
某海域的东西方向上分别有A,B两个观测点(如图),它们相距5(3+)海里,现有一艘轮船在D点发出求救信号,经探测得知D点位于A点北偏东45°,B点北偏西60°
,这时,位于B点南偏西60°且与B点相距20海里的C点有一救援船,其航行速度为30海里/小时.
(1)求B点到D点的距离BD;
(2)若命令C处的救援船立即前往D点营救,求该救援船到达D点需要的时间.
【解】 (1)由题意知AB=5(3+)海里,
∠DBA=90°-60°=30°,∠DAB=90°-45°=45°,
所以∠ADB=180°-(45°+30°)=105°,
在△DAB中,由正弦定理得=,
所以DB==
=
==10(海里).
(2)在△DBC中,∠DBC=∠DBA+∠ABC=30°+(90°-60°)=60°,BC=20(海里),由余弦定理得CD2=BD2+BC2-2BD·BC·cos∠DBC
=300+1 200-2×10×20×=900,
所以CD=30(海里),则需要的时间t==1(小时).
即:救援船到达D点需要1小时.
解三角形应用题的一般步骤
(1)阅读理解题意,弄清问题的实际背景,明确已知与未知,理清量与量之间的关系.
(2)根据题意画出示意图,将实际问题抽象成解三角形问题的模型.
(3)根据题意选择正弦定理或余弦定理求解.
(4)将三角形问题还原为实际问题,注意实际问题中的有关单位问题、近似计算的要求等.
如图,两座相距60 m的建筑物AB,CD的高度分别为20 m,50 m,BD为水平面,则从建筑物AB的顶端A看建筑物CD的张角∠CAD等于( )
A.30° B.45°
C.60° D.75°
解析:选B.依题意可得AD=20(m),AC=30(m),又CD=50(m),
所以在△ACD中,由余弦定理得
cos∠CAD=
=
==,
又0°<∠CAD<180°,所以∠CAD=45°,所以从顶端A看建筑物CD的张角为45°.
[基础题组练]
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:选A.如图,在△ABC中,由已知可得∠ACB=45°,所以=,
所以AC=2×=(km).
2.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:选D.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.
3.如图,为了测量A,C两点间的距离,选取同一平面上B,D两点,测出四边形ABCD各边的长度(单位:km):AB=5,BC=8,CD=3,DA=5,且∠B与∠D互补,则AC的长为( )
A.7 km B.8 km
C.9 km D.6 km
解析:选A.在△ABC及△ACD中,由余弦定理得82+52-2×8×5×cos(π-∠D)=AC2=32+52-2×3×5×cos ∠D,解得cos ∠D=-,所以AC==7.
4.一艘海轮从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:选A.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).
5.如图,从气球A上测得正前方的河流的两岸B,C的俯角分别为75°,30°,此时气球的高是60 m,则河流的宽度BC等于( )
A.240(-1) m B.180(-1) m
C.120(-1) m D.30(+1) m
解析:选C.因为tan 15°=tan(60°-45°)==2-,所以BC=60tan 60°-60tan 15°=120(-1)(m).
6.海上有A,B两个小岛相距10 n mile,从A岛望C岛和B岛成60°的视角,从B岛望C岛和A岛成75°的视角,那么B岛和C岛间的距离是 n mile.
解析:如图,在△ABC中,AB=10,A=60°,B=75°,C=45°,
由正弦定理,得=,
所以BC===5(n mile).
答案:5
7.如图,在塔底D的正西方A处测得塔顶的仰角为45°,在塔底D的南偏东60°的B处测得塔顶的仰角为30°,A,B间的距离是84 m,则塔高CD= m.
解析:设塔高CD=x m,
则AD=x m,DB=x m.
又由题意得∠ADB=90°+60°=150°,
在△ABD中,利用余弦定理,得
842=x2+(x)2-2·x2 cos 150°,
解得x=12(负值舍去),故塔高为12 m.
答案:12
8.一船自西向东匀速航行,上午10时到达灯塔P的南偏西75°,距灯塔68海里的M
处,下午2时到达这座灯塔的东南方向的N处,则此船航行的速度为 海里/小时.
解析:如图,由题意知∠MPN=75°+45°=120°,∠PNM=45°.
在△PMN中,=,
所以MN=68×=34(海里).
又由M到N所用的时间为14-10=4(小时),
所以此船的航行速度v==(海里/小时).
答案:
9.渔政船在东海某海域巡航,已知该船正以15海里/时的速度向正北方向航行,该船在A点处时发现在北偏东30°方向的海面上有一个小岛,继续航行20分钟到达B点,此时发现该小岛在北偏东60°方向上,若该船向正北方向继续航行,船与小岛的最小距离为多少海里?
解:根据题意画出相应的图形,如图所示,过C作CD⊥AD于点D,
由题意得:AB=×15=5(海里),
因为∠A=30°,∠CBD=60°,
所以∠BCA=30°,
所以△ABC为等腰三角形,所以BC=5.
在△BCD中,
因为∠CBD=60°,CD⊥AD,BC=5,
所以CD=,则该船向北继续航行,船与小岛的最小距离为7.5海里.
10.如图,为测量山高MN,选择A和另一座山的山顶C为测量观测点.从A点测得M点的仰角∠MAN=60°,C点的仰角∠CAB=45°以及∠MAC=75°,从C点测得∠MCA
=60°.已知山高BC=100 m,求山高MN.
解:根据题意,
AC=100 m.
在△MAC中,∠CMA=180°-75°-60°=45°.
由正弦定理得=⇒AM=100 m.
在△AMN中,=sin 60°,
所以MN=100×=150(m).
[综合题组练]
1.如图所示,一座建筑物AB的高为(30-10)m,在该建筑物的正东方向有一座通信塔CD.在它们之间的地面上的点M(B,M,D三点共线)处测得楼顶A,塔顶C的仰角分别是15°和60°,在楼顶A处测得塔顶C的仰角为30°,则通信塔CD的高为( )
A.30 m B.60 m
C.30 m D.40 m
解析:选B.在Rt△ABM中,AM====20(m).过点A作AN⊥CD于点N,如图所示.易知∠MAN=∠AMB=15°,所以∠MAC=30°+15°=45°.又∠AMC=180°-15°-60°=105°,所以∠ACM=30°.在△AMC中,由正弦定理得=,解得MC=40(m).在Rt△CMD中,CD=40×sin 60°=60(m),故通信塔CD的高为60 m.
2.如图,某住宅小区的平面图呈圆心角为120°的扇形AOB,C是该小区的一个出入口,
且小区里有一条平行于AO的小路CD.已知某人从O沿OD走到D用了2分钟,从D沿DC走到C用了3分钟.若此人步行的速度为每分钟50米,则该扇形的半径为 米.
解析:连接OC,由题意知CD=150米,OD=100米,∠CDO=60°.
在△COD中,由余弦定理得OC2=CD2+OD2-2CD·OD·cos 60°,即OC=50.
答案:50
3.如图,在四边形ABCD中,∠DAB=,AD∶AB=2∶3,BD=,AB⊥BC.
(1)求sin∠ABD的值;
(2)若∠BCD=,求CD的长.
解:(1)因为AD∶AB=2∶3,
所以可设AD=2k,AB=3k(k>0).
又BD=,∠DAB=,所以由余弦定理,
得()2=(3k)2+(2k)2-2×3k×2kcos,
解得k=1,所以AD=2,AB=3,
sin∠ABD===.
(2)因为AB⊥BC,所以cos∠DBC=sin∠ABD=,
所以sin∠DBC=,所以=,
所以CD==.
4.(应用型)某港湾的平面示意图如图所示,O,A,B分别是海岸线l1,l2上的三个集镇,A位于O的正南方向6 km处,B位于O的北偏东60°方向10 km处.
(1)求集镇A,B间的距离;
(2)随着经济的发展,为缓解集镇O的交通压力,拟在海岸线l1,l2上分别修建码头M,N,开辟水上航线.勘测时发现:以O为圆心,3 km为半径的扇形区域为浅水区,不适宜船只航行.请确定码头M,N的位置,使得M,N之间的直线航线最短.
解:(1)在△ABO中,OA=6,OB=10,∠AOB=120°,
根据余弦定理得
AB2=OA2+OB2-2·OA·OB·cos 120°
=62+102-2×6×10×=196,
所以AB=14.
故集镇A,B间的距离为14 km.
(2)依题意得,直线MN必与圆O相切.
设切点为C,连接OC(图略),则OC⊥MN.
设OM=x,ON=y,MN=c,
在△OMN中,由MN·OC=OM·ON·sin 120°,
得×3c=xysin 120°,即xy=2c,
由余弦定理,得c2=x2+y2-2xycos 120°=x2+y2+xy≥3xy,所以c2≥6c,解得c≥6,
当且仅当x=y=6时,c取得最小值6.
所以码头M,N与集镇O的距离均为6 km时,M,N之间的直线航线最短,最短距离为6 km.
规范答题示范(二)
三角函数、解三角形
类型一 三角函数的变换与性质
(12分)已知函数f(x)=sin2x-cos2x-2sin xcos x(x∈R).
[建桥寻突破]
❶看到条件想到特殊角,
(1)求❶的值;
(2)求f(x)的❷
可以利用诱导公式写出它的三角函数值.
❷看到求最小正周期及单调递增区间,想到利用公式将三角函数式化成用一个角表示三角函数的形式.
[规范解答]
(1)由sin =,cos=-,
1分
得f=--2××=2.3分
(2)因为cos 2x=cos2x-sin2x,
sin 2x=2sin xcos x,
4分
所以f(x)=-cos 2x-sin 2x=-2sin,7分
所以f(x)的最小正周期是π,
8分
由正弦函数的性质,得
+2kπ≤2x+≤+2kπ(k∈Z),
10分
解得+kπ≤x≤+kπ(k∈Z),
所以f(x)的单调递增区间是(k∈Z).12分
[评分标准]
①分别求出的正弦和余弦值得1分;
②正确完成“数学运算”得2分;
③分别写出二倍角的正弦、余弦公式得1分;
④能正确利用和差角公式完成“化一”过程得3分;
⑤会利用周期公式求出周期得1分;
⑥会借助正弦函数的单调区间写出联立不等式的形式得2分;
⑦解联立不等式得出正确结果得2分.只结果错误或区间表示不规范扣1分.
[解题点津]
(1)要善于抓解题的关键点,解题步骤中明显呈现的得分点,如本题(1)中的正弦和余弦值必须呈现出来.
(2)要清晰呈现“化一”的过程以及用联立不等式求单调区间的过程.
[核心素养]
三角函数问题是高考必考问题,三角求值与求三角函数的最值、周期、单调区间是高考的常见题型;本题型重点考查灵活运用三角公式进行三角变换的能力,以及“数学运算”的核心素养.
类型二 解三角形问题
(12分)△ABC的内角A,B,C的对边分别为a,b,c,已知❶
(1)求cos B;
[建桥寻突破]
❶看到条件sin (A+C)=8sin2,想到A+C=π-B.
❷看到a+c=6,△ABC的面积为2,
(2)若❷△ABC的面积为2,求b.
再利用(1)中cos B的结果求b,想到由cos B可求得sin B,可利用三角形面积公式求出ac,再利用余弦定理,结合a+c=6,求b.
[规范解答]
(1)由题设及A+B+C=π得sin B=8sin2,2分
故sin B=4(1-cos B),
4分
上式两边平方,整理得17cos2B-32cos B+15=0,
解得cos B=1(舍去)或cos B=.
6分
故cos B=.
(2)由cos B=得sin B=,
7分
故S△ABC=acsin B=ac.又S△ABC=2,则ac=.9分
由余弦定理及a+c=6得b2=a2+c2-2accos B=(a+c)2-2ac(1+cos B)=36-2××=4.所以b=2.12分
[评分标准]
①利用诱导公式将sin(A+C)转化为sin B得2分;
②会利用降幂公式将2sin2转化为1-cos B得2分;
③利用平方关系转化为关于cos B的方程,并求得正确结果得2分;只运算结果错误扣1分;
④求出sin B,得1分;
⑤利用面积公式及已知,求出ac得2分;只运算结果错误扣1分;
⑥利用余弦定理求出b得3分;只运算结果错误扣1分.
[解题点津]
要善于抓解题的关键点,解题步骤中明显呈现的得分点,如本题(1)中cos B与sin2关系的呈现,(2)中利用余弦定理体现a+c与ac的关系等.
[核心素养]
解三角形问题是高考的必考问题,
解三角形与三角函数的结合是高考的常见题型;本题型重点考查灵活运用公式并通过“数学运算”解决问题的能力.