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- 2021-06-16 发布
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第六节 正弦定理、余弦定理
[最新考纲] 掌握正弦定理、余弦定理,并能解决一些简单的三角形度量问题.
1.正弦、余弦定理
在△ABC中,若角A,B,C所对的边分别是a,b,c,R为△ABC的外接圆半径,则
定理
正弦定理
余弦定理
内容
===2R.
a2=b2+c2-2bccos_A;
b2=c2+a2-2cacos_B;
c2=a2+b2-2abcos_C
变形
(1)a=2Rsin A,b=2Rsin B,
c=2Rsin C;
(2)a∶b∶c=sin A∶sin B∶sin C;
(3)==2R.
cos A=;
cos B=;
cos C=
2.三角形常用面积公式
(1)S=a·ha(ha表示边a上的高);
(2)S=absin C=acsin B=bcsin A;
(3)S=r(a+b+c)(r为内切圆半径).
1.在△ABC中,A>B⇔a>b⇔sin A>sin B.
2.三角形中的射影定理
在△ABC中,a=bcos C+ccos B;
b=acos C+ccos A;
c=bcos A+acos B.
3.内角和公式的变形
(1)sin(A+B)=sin C;
(2)cos(A+B)=-cos C.
4.角平分线定理:
在△ABC中,若AD是角A的平分线,如图,则=.
一、思考辨析(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)三角形中三边之比等于相应的三个内角之比.( )
(2)在△ABC中,若sin A>sin B,则A>B.( )
(3)在△ABC的六个元素中,已知任意三个元素可求其他元素.( )
(4)当b2+c2-a2>0时,△ABC为锐角三角形;当b2+c2-a2=0时,△ABC为直角三角形;当b2+c2-a2<0时,△ABC为钝角三角形.( )
[答案] (1)× (2)√ (3)× (4)×
二、教材改编
1.已知△ABC中,角A,B,C所对的边分别为a,b,c,若A=,B=,a=1,则b=( )
A.2 B.1
C. D.
D [由=得b===×2=.]
2.在△ABC中,若a=18,b=24,A=45°,则此三角形有( )
A.无解 B.两解
C.一解 D.解的个数不确定
B [∵bsin A=24sin 45°=12,
∴12<18<24,即bsin A<a<b.
∴此三角形有两解.]
3.在△ABC中,acos A=bcos B,则这个三角形的形状为________.
等腰三角形或直角三角形 [由正弦定理,得sin Acos A=sin Bcos B,即sin 2A=sin 2B,
所以2A=2B或2A=π-2B,
即A=B或A+B=,
所以这个三角形为等腰三角形或直角三角形.]
4.在△ABC中,A=60°,AC=4,BC=2,则△ABC的面积等于_____.
2 [因为=,
所以sin B=1,所以 B=90°,
所以AB=2,
所以S△ABC=×2×2=2.]
考点1 利用正、余弦定理解三角形问题
解三角形的常见题型及求解方法
(1)已知两角A,B与一边a,由A+B+C=π及==,可先求出角C及b,再求出c.
(2)已知两边b,c及其夹角A,由a2=b2+c2-2bccos A,先求出a,再求出角B,C.
(3)已知三边a,b,c,由余弦定理可求出角A,B,C.
(4)已知两边a,b及其中一边的对角A,由正弦定理=可求出另一边b的对角B,由C=π-(A+B),可求出角C,再由=可求出c,而通过=求角B时,可能有一解或两解或无解的情况.
(1)(2019·全国卷Ⅰ)△ABC的内角A,B,C的对边分别
为a,b,c,已知asin A-bsin B=4csin C,cos A=-,则=( )
A.6 B.5
C.4 D.3
(2)(2019·全国卷Ⅰ)△ABC的内角A,B,C的对边分别为a,b,c.设(sin B-sin C)2=sin2A-sin Bsin C.
①求A;
②若a+b=2c,求sin C.
(1)A [∵asin A-bsin B=4csin C,
∴由正弦定理得a2-b2=4c2,即a2=4c2+b2.
由余弦定理得cos A====-,∴=6.
故选A.]
(2)[解] ①由已知得sin2B+sin2C-sin2A=sin Bsin C,故由正弦定理得b2+c2-a2=bc.
由余弦定理得cos A==.
因为0°<A<180°,所以A=60°.
②由①知B=120°-C,由题设及正弦定理得sin A+sin(120°-C)=2sin C,即+cos C+sin C=2sin C,可得cos(C+60°)=-.
由于0°<C<120°,所以sin(C+60°)=,
故sin C=sin(C+60°-60°)
=sin(C+60°)cos 60°-cos(C+60°)sin 60°
=.
解三角形问题,关键是利用正、余弦定理实施边和角的转化,三角变换的相关公式如两角和与差的正、余弦公式,二倍角公式等,作为化简变形的重要依据.
[教师备选例题]
(2018·天津高考)在△ABC中,内角A,B,C所对的边分别为a,b,c.已知bsin A=acos.
(1)求角B的大小;
(2)设a=2,c=3,求b和sin(2A-B)的值.
[解] (1)在△ABC中,由正弦定理=,
可得bsin A=asin B,
又由bsin A=acos,得asin B=acos,
即sin B=cos,可得tan B=.
又因为B∈(0,π),可得B=.
(2)在△ABC中,由余弦定理及a=2,c=3,B=,有b2=a2+c2-2accos B=7,故b=.
由bsin A=acos,可得sin A=.
因为a<c,故cos A=.
因此sin 2A=2sin Acos A=,
cos 2A=2cos2A-1=,
所以,sin(2A-B)=sin 2Acos B-cos 2Asin B=×-×=.
1.(2019·全国卷Ⅱ)△ABC的内角A,B,C的对边分别为a,b,c.已知bsin A+acos B=0,则B=________.
[∵bsin A+acos B=0,∴=.由正弦定理,得-cos B=sin B,∴tan B=-1.又B∈(0,π),∴B=.]
2.在△ABC中,AB=4,AC=7,BC边上中线AD=,则BC=________.
9 [设BD=DC=x,∠ADC=α,∠ADB=π-α,
在△ADC中,72=x2+2-2x×cos α,①
在△ABD中,42=x2+2-2x×cos(π-α),②
①+②得x=,∴BC=9.]
3.(2019·贵阳模拟)在△ABC中,内角A,B,C的对边a,b,c成公差为2的等差数列,C=120°.
(1)求边长a;
(2)求AB边上的高CD的长.
[解] (1)由题意得b=a+2,c=a+4,
由余弦定理cos C=得cos 120°=,即a2-a-6=0,所以a=3或a=-2(舍去),所以a=3.
(2)法一:由(1)知a=3,b=5,c=7,
由三角形的面积公式得
absin∠ACB=c×CD,
所以CD===,
即AB边上的高CD=.
法二:由(1)知a=3,b=5,c=7,
由正弦定理得==,
即sin A=,
在Rt△ACD中,CD=ACsin A=5×=,
即AB边上的高CD=.
考点2 与三角形面积有关的问题
三角形面积公式的应用原则
(1)对于面积公式S=absin C=acsin B=bcsin A
,一般是已知哪一个角就使用哪一个公式.
(2)与面积有关的问题,一般要用到正弦定理或余弦定理进行边和角的转化.
△ABC的内角A,B,C的对边分别为a,b,c.已知sin A+cos A=0,a=2,b=2.
(1)求c;
(2)[一题多解]设D为BC边上一点,且AD⊥AC,求△ABD的面积.
[解] (1)由已知条件可得tan A=-,A∈(0,π),所以A=,在△ABC中,由余弦定理得28=4+c2-4ccos ,即c2+2c-24=0,
解得c=-6(舍去),或c=4.
(2)法一:如图,由题设可得∠CAD=,
所以∠BAD=∠BAC-∠CAD=,
故△ABD面积与△ACD面积的比值为=1,又△ABC的面积为×4×2sin∠BAC=2,
所以△ABD的面积为.
法二:由余弦定理得cos C=,
在Rt△ACD中,cos C=,
所以CD=,所以AD=,DB=CD=,
所以S△ABD=S△ACD=×2××sin C=×=.
法三:∠BAD=,由余弦定理得cos C=,
所以CD=,所以AD=,
所以S△ABD=×4××sin∠DAB=.
(1)若已知一个角(角的大小或该角的正弦值、余弦值),一般结合题意求夹这个角的两边或两边之积,再代入公式求解;(2)若已知三边,可先求一个角的余弦值,再求正弦值,最后代入公式得面积;(3)若求面积的最值,一般表示为一个内角的三角函数,利用三角函数的性质求解,也可结合基本不等式求解.
[教师备选例题]
已知△ABC的面积为3,AC=2,BC=6,延长BC至D,使∠ADC=45°.
(1)求AB的长;
(2)求△ACD的面积.
[解] (1)因为S△ABC=×6×2×sin∠ACB=3,所以sin∠ACB=,∠ACB=30°或150°,
又∠ACB>∠ADC,且∠ADC=45°,所以∠ACB=150°,
在△ABC中,由余弦定理得AB2=12+36-2×2×6cos 150°=84,所以AB==2.
(2)在△ACD中,因为∠ACB=150°,∠ADC=45°,
所以∠CAD=105°,
由正弦定理得=,
所以CD=3+,
又∠ACD=180°-150°=30°,
所以S△ACD=AC·CD·sin∠ACD=×2×(3+)×=.
1.(2019·全国卷Ⅱ)△ABC的内角A,B,C的对边分别为
a,b,c.若b=6,a=2c,B=,则△ABC的面积为____________.
6 [法一:因为a=2c,b=6,B=,所以由余弦定理b2=a2+c2-2accos B,得62=(2c)2+c2-2×2c×ccos ,得c=2,所以a=4,所以△ABC的面积S=acsin B=×4×2×sin =6.
法二:因为a=2c,b=6,B=,所以由余弦定理b2=a2+c2-2accos B,得62=(2c)2+c2-2×2c×ccos ,得c=2,所以a=4,所以a2=b2+c2,所以A=,所以△ABC的面积S=×2×6=6.]
2.在△ABC中,内角A,B,C所对的边分别为a,b,c.已知b+c=2acos B.
(1)证明:A=2B;
(2)若△ABC的面积S=,求角A的大小.
[解] (1)证明:由正弦定理得sin B+sin C=2sin Acos B,故2sin Acos B=sin B+sin(A+B)
=sin B+sin Acos B+cos Asin B,
于是sin B=sin(A-B).
又A,B∈(0,π),故0<A-B<π,
所以B=π-(A-B)或B=A-B,
因此A=π(舍去)或A=2B,所以A=2B.
(2)由S=,得absin C=,
故有sin Bsin C=sin A=sin 2B=sin Bcos B,
由sin B≠0,得sin C=cos B.
又B,C∈(0,π).所以C=±B.
当B+C=时,A=;
当C-B=时,A=.
综上,A=或A=.
考点3 判断三角形的形状
判断三角形形状的2种思路
(1)化边:通过因式分解、配方等得出边的相应关系,从而判断三角形的形状.
(2)化角:通过三角恒等变形,得出内角的关系,从而判断三角形的形状.此时要注意应用A+B+C=π这个结论.
设△ABC的内角A,B,C所对的边分别为a,b,c,若bcos C+ccos B=asin A,则△ABC的形状为( )
A.锐角三角形 B.直角三角形
C.钝角三角形 D.不确定
B [由正弦定理得sin Bcos C+sin Ccos B=sin2A,
∴sin(B+C)=sin2A,
即sin(π-A)=sin2A,sin A=sin2A.
∵A∈(0,π),∴sin A>0,∴sin A=1,
即A=,∴△ABC为直角三角形.]
[母题探究]
1.(变条件)本例中,若将条件变为2sin Acos B=sin C,判断△ABC的形状.
[解] ∵2sin Acos B=sin C=sin(A+B),
∴2sin Acos B=sin Acos B+cos Asin B,
∴sin(A-B)=0.
又A,B为△ABC的内角.
∴A=B,∴△ABC为等腰三角形.
2.(变条件)本例中,若将条件变为a2+b2-c2=ab,且2cos Asin B=sin C,判断△ABC的形状.
[解] ∵a2+b2-c2=ab,∴cos C==,
又0<C<π,∴C=,
又由2cos Asin B=sin C得sin(B-A)=0,∴A=B,
故△ABC为等边三角形.
在判断三角形的形状时,一定要注意解是否唯一,并注重挖掘隐含条件.另外,在变形过程中要注意角A,B,C的范围对三角函数值的影响,在等式变形中,一般两边不要约去公因式,应提取公因式,以免漏解.
1.在△ABC中,角A,B,C的对边分别为a,b,c,若
=,(b+c+a)(b+c-a)=3bc,则△ABC的形状是( )
A.直角三角形 B.等腰非等边三角形
C.等边三角形 D.钝角三角形
C [因为=,所以=.所以b=c.又(b+c+a)(b+c-a)=3bc,所以b2+c2-a2=bc,所以cos A===.因为A∈(0,π),所以A=.所以△ABC是等边三角形.]
2.已知△ABC中,角A,B,C的对边分别是a,b,c,若+=2c,则△ABC的形状是( )
A.等边三角形 B.锐角三角形
C.等腰直角三角形 D.钝角三角形
C [因为+=2c,所以由正弦定理可得+=2sin C,而+≥2=2,当且仅当sin A=sin B时取等号.所以2sin C≥2,即sin C≥1.又sin C≤1,故可得sin C=1,所以C=90°.又因为sin A=sin B,所以A=B.故三角形为等腰直角三角形.故选C.]