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  • 2021-06-15 发布

2021届高考数学一轮复习第四章三角函数解三角形第6节解三角形第2课时解三角形的综合应用教学案含解析新人教A版

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第二课时 解三角形的综合应用 考点一 解三角形的实际应用 多维探究 角度1 测量距离问题 ‎【例1-1】 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°,‎ ‎∴∠AQB=30°,∴AB=BQ.‎ 又PB为公共边,∴△PAB≌△PQB,‎ ‎∴PQ=PA.‎ 在Rt△PAB中,AP=AB·tan 60°=900,故PQ=900,‎ ‎∴P,Q两点间的距离为900 m.‎ 答案 900‎ 规律方法 距离问题的类型及解法:‎ ‎(1)类型:两点间既不可达也不可视,两点间可视但不可达,两点都不可达.‎ ‎(2)解法:选择合适的辅助测量点,构造三角形,将问题转化为求某个三角形的边长问题,从而利用正、余弦定理求解.‎ 角度2 测量高度问题 ‎【例1-2】 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 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 规律方法 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.‎ 角度3 测量角度问题 ‎【例1-3】 已知岛A南偏西38°方向,距岛A3海里的B处有一艘缉私艇.岛A处的一艘走私船正以10海里/时的速度向岛屿北偏西22°方向行驶,问缉私艇朝何方向以多大速度行驶,恰好用0.5小时能截住该走私船?‎ 解 如图,设缉私艇在C处截住走私船,D为岛A正南方向上一点,缉私艇的速度为每小时x海里,则BC=0.5x,AC=5,依题意,‎ ‎∠BAC=180°-38°-22°=120°,‎ 由余弦定理可得BC2=AB2+AC2-2AB·ACcos 120°,‎ 所以BC2=49,所以BC=0.5x=7,解得x=14.‎ 又由正弦定理得sin∠ABC===,所以∠ABC=38°,‎ 又∠BAD=38°,所以BC∥AD,‎ 故缉私艇以每小时14海里的速度向正北方向行驶,恰好用0.5小时截住该走私船.‎ 规律方法 1.测量角度问题的关键是在弄清题意的基础上,画出表示实际问题的图形,并在图形中标出有关的角和距离,再用正弦定理或余弦定理解三角形,最后将解得的结果转化为实际问题的解.‎ ‎2.方向角是相对于某点而言的,因此在确定方向角时,必须先弄清楚是哪一个点的方向角.‎ ‎【训练1】 (1)(角度1)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.‎ ‎(2)(角度2)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.‎ ‎ (3)(角度3)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 (1)如图,设炮台的顶部为A,底部为O,两只小船分别为M,N,则由题意得,OM=AOtan 45°=30(m),‎ ON=AOtan 30°=×30=10(m),‎ 在△MON中,由余弦定理得,‎ MN= ‎==10(m).‎ ‎(2)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).‎ ‎(3)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°.‎ 答案 (1)10 (2)100 (3)B 考点二 解三角形与三角函数的综合应用 ‎【例2】 (2019·石家庄二模)已知函数f(x)=2sin x(cos x-sin x)+1,x∈R.‎ ‎(1)求曲线y=f(x)的对称中心;‎ ‎(2)在锐角三角形ABC中,a,b,c分别是内角A,B,C的对边,且f=2,a=3,若b+c≤ka恒成立,求正整数k的最小值.‎ 解 (1)由题意得,f(x)=2sin xcos x-2sin2x+1‎ ‎=sin 2x+cos 2x=2sin.‎ 令2x+=kπ(k∈Z),得x=-+(k∈Z).‎ ‎∴曲线y=f(x)的对称中心为,其中k∈Z.‎ ‎(2)∵f=2,∴2sin=2,∴sin=1,‎ 又0).‎ 因为S△ABC=10,‎ 所以S△ABC=absin C=×8t×5t×=10,‎ 解得t=1,即a=8,b=5,c=7.‎ 因为BD=3DC,所以BD=6,DC=2.‎ 在△ADC中,由余弦定理,得 AD2=CD2+CA2-2CD·CA·cos C=19,‎ 所以AD=.‎ A级 基础巩固 一、选择题 ‎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.在△ABC中,内角A,B,C的对边分别为a,b,c,若= ‎,则这个三角形必含有(  )‎ A.90°的内角 B.60°的内角 C.45°的内角 D.30°的内角 解析 由=得=⇒=⇒cos A=⇒A=60°.‎ 答案 B ‎3.一艘海轮从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°,‎ 在△ABC中,‎ 根据正弦定理得=,‎ 解得BC=10(海里).‎ 答案 A ‎4.在△ABC中,内角A,B,C所对的边分别为a,b,c,已知(a+b-c)(a+b+c)=3ab,且c=4,则△ABC面积的最大值为(  )‎ A.8 B.4 C.2 D. 解析 由已知等式得a2+b2-c2=ab,则cos C===.由C∈(0,π),所以sin C=.又16=c2=a2+b2-ab≥2ab-ab=ab,则ab≤16,当且仅当a=b=4时等号成立,所以S△ABC=absin C≤×16×=4.故Smax=4.故选B.‎ 答案 B ‎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 如图,∠ACD=30°,∠ABD=75°,AD=60 m,‎ 在Rt△ACD中,CD===60(m),‎ 在Rt△ABD中,BD=== ‎=60(2-)(m),‎ ‎∴BC=CD-BD=60-60(2-)=120(-1)(m).‎ 答案 C 二、填空题 ‎6.(多填题)如图,在△ABC中,B=45°,D是BC边上一点,AD=5,AC=7,DC=3,则sin C=________,AB=________.‎ 解析 在△ACD中,由余弦定理可得 cos C==,‎ 则sin C=.‎ 在△ABC中,由正弦定理可得=,‎ 则AB===.‎ 答案   ‎7.已知△ABC中,AC=4,BC=2,∠BAC=60°,AD⊥BC于点D,则的值为________.‎ 解析 在△ABC中,由余弦定理可得BC2=AC2+AB2-2AC·AB·cos ∠BAC,即28=16+AB2-4AB,解得AB=6(AB=-2,舍去),则cos ∠ABC==,BD=AB·cos ∠ABC=6×=,CD=BC-BD=2-=,所以=6.‎ 答案 6‎ ‎8.在△ABC中,内角A,B,C所对的边分别为a,b,c,如果△ABC的面积等于8,a=5,tan B=-,那么=________.‎ 解析 ∵tan B=-,∴sin B=,cos B=-,‎ 又S△ABC=acsin B=2c=8,‎ ‎∴c=4,∴b==,‎ ‎∴==.‎ 答案  三、解答题 ‎9.(2020·武汉检测)已知向量m=(cos x,1),n=.‎ ‎(1)当m∥n时,求的值;‎ ‎(2)已知钝角三角形ABC中,A为钝角,角A,B,C的对边分别为a,b,c,且c=2asin(A+B).若函数f(x)=m2-n2,求f(A)的值.‎ 解 (1)当m∥n时,有cos x-sin x=0,即tan x=.‎ 所以===3.‎ ‎(2)因为在△ABC中,c=2asin(A+B),‎ 所以由正弦定理及诱导公式,得sin C=2sin Asin C.‎ 又C∈(0,π),所以sin C≠0,所以sin A=.‎ 又A为钝角,所以A=.‎ 因为函数f(x)=m2-n2=cos2x+1-sin2x-=cos 2x+,‎ 所以f(A)=cos +=+=.‎ ‎10.如图,在锐角△ABC中,sin ∠BAC=,sin ∠ABC=,BC=6,点D在边BC上,且BD=2DC,点E在边AC上,且BE⊥AC,BE交AD于点F.‎ ‎(1)求AC的长;‎ ‎(2)求cos ∠DAC及AF的长.‎ 解 (1)在锐角△ABC中,sin ∠BAC=,‎ sin ∠ABC=,BC=6,‎ 由正弦定理可得=,‎ 所以AC===5.‎ ‎(2)由sin ∠BAC=,sin ∠ABC=,‎ 可得cos ∠BAC=,cos ∠ABC=,‎ 所以cos C=-cos(∠BAC+∠ABC)‎ ‎=-cos ∠BAC·cos ∠ABC+sin ∠BAC·sin ∠ABC ‎=-×+×=.‎ 因为BE⊥AC,AC=5,‎ 所以CE=BCcos C=6×=,AE=AC-CE=.‎ 在△ACD中,AC=5,CD=BC=2,cos C=,‎ 由余弦定理可得 AD== ‎=,‎ 所以cos∠DAC== ‎=.‎ 由BE⊥AC,得AFcos ∠DAC=AE,‎ 所以AF==.‎ B级 能力提升 ‎11.在△ABC中,a2+b2+c2=2absin C,则△ABC的形状是(  )‎ A.不等腰的直角三角形 B.等腰直角三角形 C.钝角三角形 D.正三角形 解析 易知a2+b2+c2=a2+b2+a2+b2-2abcos C=2absin C,即a2+b2=2absin,由于a2+b2≥2ab,当且仅当a=b时取等号,所以2absin≥2ab,sin≥1,故只能a=b且C+=,所以△ABC为正三角形.‎ 答案 D ‎12.(2020·安徽A10联盟联考)如图,在△ABC中,BD·sin B=CD·sin C,BD=2DC=2,AD=2,则△ABC的面积为(  )‎ A. B. C.3 D.3 解析 过点D分别作AB和AC的垂线,垂足分别为E,F.‎ 由BD·sin B=CD·sin C得DE=DF,‎ 则AD为∠BAC的平分线,∴==2,‎ 又cos ∠ADB+cos ∠ADC=0,‎ 即=-,解得AC=2,则AB=4.‎ 在△ABC中,cos ∠BAC==,‎ ‎∴sin ∠BAC=,‎ ‎∴S△ABC=AB·AC·sin ∠BAC=.‎ 答案 B ‎13.某人为测出所住小区的面积,进行了一些测量工作,最后将所住小区近似地画成如图所示的四边形,测得的数据如图所示,则该图所示的小区的面积是________km2.‎ 解析 如图,连接AC,由余弦定理可知AC==,‎ 故∠ACB=90°,∠CAB=30°,∠DAC=∠DCA=15°,∠ADC=150°,‎ 由=,‎ 得AD==,‎ 故S四边形ABCD=S△ABC+S△ADC=×1×+××=(km2).‎ 答案  ‎14.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)∵AD∶AB=2∶3,‎ ‎∴可设AD=2k,AB=3k(k>0).‎ 又BD=,∠DAB=,∴由余弦定理,‎ 得()2=(3k)2+(2k)2-2×3k×2kcos,‎ 解得k=1,∴AD=2,AB=3,‎ sin∠ABD===.‎ ‎(2)∵AB⊥BC,∴cos∠DBC=sin∠ABD=,‎ ‎∴sin∠DBC=,‎ 在△DCB中,由正弦定理,得 CD===.‎ C级 创新猜想 ‎15.(新背景题)我国南宋著名数学家秦九韶在他的著作《数书九章》卷五“田域类”里记载了这样一个题目:“今有沙田一段,有三斜,其小斜一十三里,中斜一十四里,大斜一十五里.里法三百步.欲知为田几何.”这道题讲的是有一块三角形的沙田,三边长分别为13里,14里,15里,假设1里按500米计算,则该沙田的面积为________平方千米.‎ 解析 设在△ABC中,a=13里,b=14里,c=15里,所以cos C====,所以sin C=,故△ABC的面积为×13×14××5002×=21(平方千米).‎ 答案 21‎