高考数学一轮复习 第三章 三角函数、解三角形 3.8 解
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
【步步高】(浙江通用)2017版高考数学一轮复习 第三章 三角函数、
解三角形 3.8 解三角形的综合应用
1.仰角和俯角
与目标线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.方向角
相对于某正方向的水平角,如南偏东30°,北偏西45°等. 3.方位角
指从正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). 【思考辨析】
判断下面结论是否正确(请在括号中打“√”或“×”)
(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[0,π
2
].( × )
(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)如图,为了测量隧道口AB 的长度,可测量数据a ,b ,γ进行计算.( √ )
1.(教材改编)海面上有A ,B ,C 三个灯塔,AB =10 n mile ,从A 望C 和B 成60°视角,从
B望C和A成75°视角,则BC等于( )
A.10 3 n mile B.106
3
n mile
C.5 2 n mile D.5 6 n mile 答案 D
解析如图,在△ABC中,
AB=10,∠A=60°,
∠B=75°,
∴
BC
sin 60°
=
10
sin 45°
,
∴BC=5 6.
2.若点A在点C的北偏东30°,点B在点C的南偏东60°,且AC=BC,则点A在点B的( ) A.北偏东15° B.北偏西15°
C.北偏东10° D.北偏西10°
答案 B
解析如图所示,∠ACB=90°,
又AC=BC,
∴∠CBA=45°,而β=30°,
∴α=90°-45°-30°=15°.
∴点A在点B的北偏西15°.
3.如图,飞机的航线和山顶在同一个铅垂面内,若飞机的高度为海拔18 km,速度为1 000 km/h,飞行员先看到山顶的俯角为30°,经过1 min后又看到山顶的俯角为75°,则山顶的海拔高度为(精确到0.1 km,参考数据:3≈1.732)()
A .11.4 km
B .6.6 km
C .6.5 km
D .5.6 km
答案 B
解析 ∵AB =1 000×160=50
3
km ,
∴BC =AB sin 45°·sin 30°=50
32
km.
∴航线离山顶h =5032×sin 75°=5032×sin(45°+30°)
≈11.4 km.
∴山高为18-11.4=6.6 km.
4.轮船A 和轮船B 在中午12时同时离开海港C ,两船航行方向的夹角为120°,两船的航行速度分别为25 n mile/h,15 n mile/h ,则下午2时两船之间的距离是________n mile. 答案 70
解析 设两船之间的距离为d ,则
d 2=502+302-2×50×30×cos 120°=4 900,
∴d =70,即两船相距70 n mile.
5.在△ABC 中,已知a ,b ,c 分别为A ,B ,C 所对的边,S 为△ABC 的面积.若向量p =(4,
a 2+
b 2-
c 2),q =(3,S )满足p ∥q ,则C =________.
答案
π
3
解析 由题意得p ∥q ⇒4S =3(a 2
+b 2
-c 2
),
又S =12ab sin C ,所以2ab sin C =3(a 2+b 2-c 2
)⇒sin C =3a 2
+b 2
-c 2
2ab ⇒sin C =3cos C
⇒tan C =3, 解得C =π3
.
题型一 求距离、高度问题
例1 (1)如图,设A 、B 两点在河的两岸,一测量者在A
的同侧,选定一点C ,测出AC 的距离为50 m ,∠ACB =45°,∠CAB =105°,则A ,B 两点的距离为( )
A .50 2 m
B .503m
C .25 2 m
D.252
2
m
(2)(2015·湖北)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.
答案 (1)A (2)100 6 解析 (1)由正弦定理得
AB =AC ·sin∠ACB sin B
=
50×22
12
=502(m).
(2)在△ABC 中,AB =600,∠BAC =30°,∠ACB =75°-30°=45°,由正弦定理得BC
sin∠BAC
=
AB
sin∠ACB
,即
BC
sin 30°=600sin 45°
,所以BC =300 2.在Rt△BCD 中,∠CBD =30°,CD =
BC tan∠CBD =3002·tan 30°=100 6.
思维升华 求距离、高度问题应注意
(1)理解俯角、仰角的概念,它们都是视线与水平线的夹角;理解方向角的概念;
(2)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.
(3)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.
(1)一船自西向东航行,上午10时到达灯塔P 的南偏西75°的方向上,距塔68
海里的M 处,下午2时到达这座灯塔的东南方向的N 处,则这只船航行的速度为________海里/小时.
(2)如图所示,为测一树的高度,在地面上选取A ,B 两点,从A ,B 两点分别测得树尖的仰角为30°,45°,且A ,
B 两点间的距离为60 m ,则树的高度为________m.
答案 (1)17
2
6
(2)30+30 3
解析 (1)由题意知,在△PMN 中,PM =68海里,∠MPN =75°+45°=120°,∠MNP =45°.
由正弦定理,得MN sin 120°=68sin 45°,解得MN =346海里,故这只船航行的速度为346
4
=
176
2
海里/小时. (2)在△PAB 中,∠PAB =30°,∠APB =15°,AB =60,
sin 15°=sin(45°-30°)=sin 45°cos 30°-cos 45°sin 30°=22×32-22×12
=6-2
4
, 由正弦定理得PB sin 30°=AB
sin 15°
,
∴PB =
1
2
×606-24
=30(6+2),
∴树的高度为PB ·sin 45°=30(6+2)×22
=(30+303)m. 题型二 求角度问题
例2 (1)如图所示,已知两座灯塔A 和B 与海洋观察站C 的距离相等,灯塔A 在观察站C 的北偏东40°,灯塔B 在观察站C 的南偏东60°,则灯塔A 在灯塔B 的______方向.
(2) 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°
答案 (1)北偏西10° (2)B
解析 (1)由已知∠ACB =180°-40°-60°=80°, 又AC =BC ,∴∠A =∠ABC =50°,60°-50°=10°, ∴灯塔A 位于灯塔B 的北偏西10°.
(2)依题意可得AD =2010 m ,AC =30 5 m ,又CD =50 m ,所以在△ACD 中,由余弦定理得
cos∠CAD =AC 2+AD 2-CD 22AC ·AD =3052+20102-50
2
2×305×2010
=
6 000
6 0002=2
2
,又0°<∠CAD <180°,所以∠CAD =45°,所以从顶端A 看建筑物CD 的张
角为45°.
思维升华 解决测量角度问题的注意事项 (1)首先应明确方位角或方向角的含义.
(2)分析题意,分清已知与所求,再根据题意画出正确的示意图,这是最关键、最重要的一步. (3)将实际问题转化为可用数学方法解决的问题后,注意正弦、余弦定理的“联袂”使用.
如图,某人在垂直于水平地面ABC 的墙面前的点A 处进行射击训练.已知点A
到墙面的距离为AB ,某目标点P 沿墙面上的射线CM 移动,此人为了准确瞄准目标点P ,需计算由点A 观察点P 的仰角θ的大小.若AB =15 m ,AC =25 m ,∠BCM =30°,则tan θ的最大值是________.(仰角θ为直线AP 与平面ABC 所成角)
答案
53
9
解析 如图,过点P 作PO ⊥BC 于点O ,
连接AO ,则∠PAO =θ. 设CO =x m ,则OP =
3
3
x m. 在Rt△ABC 中,AB =15 m ,AC =25 m , 所以BC =20 m. 所以cos∠BCA =4
5.
所以AO =
625+x 2
-2×25x ×45
=x 2
-40x +625(m).
所以tan θ=
33
x x 2-40x +625
=
33
1-40x +625x
2
=
3
3
⎝ ⎛⎭
⎪⎫25x -452+925.
当25x =45,即x =125
4时,tan θ取得最大值为3
335=539
. 题型三 三角形与三角函数的综合问题 例3 已知函数f (x )=23sin 2
⎝
⎛⎭⎪⎫π4+x +2sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫π4+x cos ⎝ ⎛⎭
⎪⎫π4+x .
(1)求函数f (x )的单调递增区间;
(2)在△ABC 中,内角A ,B ,C 所对的边分别为a ,b ,c ,且角A 满足f (A )=3+1.若a =3,
BC 边上的中线长为3,求△ABC 的面积S .
解 (1)由题意知,
f (x )=3⎣
⎢⎡⎦
⎥⎤1-cos ⎝
⎛⎭⎪⎫π2+2x +sin ⎝
⎛⎭
⎪⎫π2
+2x
=3(1+sin 2x )+cos 2x =3+3sin 2x +cos 2x =3+2sin ⎝
⎛⎭⎪⎫2x +π6, 由2k π-π2≤2x +π6≤2k π+π
2,k ∈Z ,
解得k π-π3≤x ≤k π+π
6,k ∈Z ,
∴函数f (x )的单调递增区间为
⎣
⎢⎡⎦⎥⎤k π-π3,k π+π6,k ∈Z . (2)由f (A )=3+1,得 sin ⎝
⎛⎭⎪⎫2A +π6=12,
∴2A +π6=π6或5π6,即A =0或π
3.
又A 为△ABC 的内角,∴A =π3
. 由A =π
3
,a =3,
得|BC →|=|AC →-AB →
|=a =3,①
又BC 边上的中线长为3,知|AB →+AC →
|=6,② 联立①②,解得AB →·AC →=27
4,
即|AB →|·|AC →
|·cos π3=274,
∴|AB →|·|AC →|=272.
∴△ABC 的面积为
S =12
|AB →|·|AC →
|·sin π3=
273
8
. 思维升华 三角形与三角函数的综合问题,要借助三角函数性质的整体代换思想,数形结合思想,还要结合三角形中角的范围,充分利用正弦定理、余弦定理解题.
已知△ABC 中,角A ,B ,C 的对边分别为a ,b ,c ,若a =1,2cos C +c =2b ,则
△ABC 的周长的取值范围是________.
答案(2,3]
解析在△ABC中,由余弦定理可得2cos C=
a2+b2-c2
ab
,
∵a=1,2cos C+c=2b,∴
1+b2-c2
b
+c=2b,
化简可得(b+c)2-1=3bc.∵bc≤⎝
⎛
⎭⎪
⎫
b+c
2
2,
∴(b+c)2-1≤3×⎝
⎛
⎭⎪
⎫
b+c
2
2,解得b+c≤2(当且仅当b=c时,取等号).故a+b+c≤3.
再由任意两边之和大于第三边可得b+c>a=1,故有a+b+c>2,
故△ABC的周长的取值范围是(2,3].
9.函数思想在解三角形中的应用
典例(15分)某港口O要将一件重要物品用小艇送到一艘正在航行的轮船上.在小艇出发时,轮船位于港口O北偏西30°且与该港口相距20海里的A处,并正以30海里/小时的航行速度沿正东方向匀速行驶.假设该小艇沿直线方向以v海里/小时的航行速度匀速行驶,经过t 小时与轮船相遇.
(1)若希望相遇时小艇的航行距离最小,则小艇航行速度的大小应为多少?
(2)假设小艇的最高航行速度只能达到30海里/小时,试设计航行方案(即确定航行方向和航行速度的大小),使得小艇能以最短时间与轮船相遇,并说明理由.
思维点拨(1)利用三角形中的余弦定理,将航行距离表示为时间t的函数,将原题转化为函数最值问题;
(2)注意t的取值范围.
规范解答
解(1)设相遇时小艇航行的距离为S海里,则[1分]
S=900t2+400-2·30t·20·cos90°-30°
=900t2-600t+400=900t-
1
3
2+300.[4分]
故当t=
1
3
时,S min=103,v=
103
1
3
=30 3.
即小艇以303海里/小时的速度航行,相遇时小艇的航行距离最小.[7分]
(2)设小艇与轮船在B处相遇.
则v 2t 2
=400+900t 2
-2·20·30t ·cos(90°-30°),[9分] 故v 2
=900-600t +400t
2.
∵0<v ≤30,
∴900-600t +400t 2≤900,即2t 2-3t ≤0,解得t ≥2
3.
又t =2
3
时,v =30,
故v =30时,t 取得最小值,且最小值等于2
3.
此时,在△OAB 中,有OA =OB =AB =20.[14分] 故可设计航行方案如下:
航行方向为北偏东30°,航行速度为30海里/小时.[15分]
温馨提醒 (1)三角形中的最值问题,可利用正弦、余弦定理建立函数模型(或三角函数模型),转化为函数最值问题.
(2)求最值时要注意自变量的范围,要考虑问题的实际意义.
[方法与技巧]
1.利用解三角形解决实际问题时,(1)要理解题意,整合题目条件,画出示意图,建立一个三角形模型;(2)要理解仰角、俯角、方位角、方向角等概念;(3)三角函数模型中,要确定相应参数和自变量范围,最后还要检验问题的实际意义.
2.在三角形和三角函数的综合问题中,要注意边角关系相互制约,推理题中的隐含条件. [失误与防范]
1.不要搞错各种角的含义,不要把这些角和三角形内角之间的关系弄混.
2.在实际问题中,可能会遇到空间与平面(地面)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,这样处理起来既清楚又不容易出现错误.
A 组 专项基础训练 (时间:35分钟)
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. 6 km B. 2 km C. 3 km
D .2 km
答案 A 解析 如图,
在△ABC 中,由已知可得∠ACB =45°, ∴
AC
sin 60°=2sin 45°
,
∴AC =22×
3
2
= 6. 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 2 海里 B .10 3 海里 C .20 3 海里 D .20 2 海里 答案 A
解析 如图所示,易知,
在△ABC 中,AB =20,∠CAB =30°,∠ACB =45°, 根据正弦定理得BC sin 30°=AB
sin 45°,
解得BC =102(海里).
3. 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 2 km/h
C .234 km/h
D .10 km/h
答案 B
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=0.61=35,从而cos θ=45,所以由余弦定理得⎝ ⎛⎭⎪⎫110v 2=⎝ ⎛⎭
⎪⎫110×22+12
-2×110×2×1×45,解得v =6 2.选B.
4.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(3+1) m
B .180(2-1) m
C .120(3-1) m
D .30(3+1) m
答案 C
解析 如图,∠ACD =30°,∠ABD =75°,AD =60 m ,
在Rt△ACD 中,
CD =
AD
tan∠ACD
=
60
tan 30°
=60 3 m , 在Rt△ABD 中,BD =AD
tan∠ABD =60tan 75°=602+3
=60(2-3)m ,
∴BC =CD -BD =603-60(2-3)=120(3-1)m.
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 6 B.15 3
C.5 2 D.15 6
答案 D
解析在△BCD中,∠CBD=180°-15°-30°=135°.
由正弦定理得BC
sin 30°=
30
sin 135°
,
所以BC=15 2.
在Rt△ABC中,
AB=BC tan∠ACB=152×3=15 6.
6.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. 答案10 3
解析如图,OM=AO tan 45°=30 (m),
ON=AO tan 30°=
3
3
×30
=10 3 (m),
在△MON中,由余弦定理得,
MN=900+300-2×30×103×
3 2
=300=10 3 (m).
7.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.
答案400 3
解析 如图,由已知可得∠BAC =30°,∠CAD =30°, ∴∠BCA =60°,∠ACD =30°,∠ADC =120°. 又AB =200 m ,∴AC =400
3 3 m.
在△ACD 中,由余弦定理得,
AC 2=2CD 2-2CD 2·cos 120°
=3CD 2
, ∴CD =
13
AC =
4003
m. 8.在三角形ABC 中,∠C =90°,M 是BC 的中点.若sin∠BAM =1
3,则sin∠BAC =______.
答案
63
解析 如图,设AC =b ,AB =c ,BC =a ,
在△ABM 中,由正弦定理得 12a sin∠BAM =c
sin∠BMA .①
因为sin∠BMA =sin∠CMA =AC AM
, 又AC =b =c 2
-a 2
,
AM =b 2+14
a 2=
c 2-34
a 2,
所以sin∠BMA=
c2-a2
c
2-
3
4
a2
.
又由①得
1
2
a
1
3
=
c
c2-a2
c2-
3
4
a2
,两边平方化简得4c4-12a2c2+9a4=0,所以2c2-3a2=0,所以sin∠BAC=
a
c
=
6
3
.
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/小时的速度从岛屿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
BC
2
=14海里/小时.
(2)在△ABC中,因为AB=12,∠BAC=120°,BC=28,∠BCA=α,由正弦定理,得
AB
sin α
=BC
sin 120°
,
即sin α=
AB sin 120°
BC
=
12×
3
2
28
=
33
14
.
10. 如图,在△ABC中,∠ABC=90°,AB=3,BC=1,P为△ABC内一点,∠BPC=90°.
(1)若PB =1
2
,求PA ;
(2)若∠APB =150°,求tan∠PBA .
解 (1)由已知得∠PBC =60°,所以∠PBA =30°. 在△PBA 中,
由余弦定理得PA 2
=3+14-2×3×12cos 30°=74,
故PA =
7
2
. (2)设∠PBA =α,由已知得PB =sin α.
在△PBA 中,由正弦定理得3sin 150°=sin α
sin 30°-α,
化简得3cos α=4sin α, 所以tan α=
34,即tan∠PBA =34
. B 组 专项能力提升 (时间:15分钟)
11.一个大型喷水池的中央有一个强大喷水柱,为了测量喷水柱喷出的水柱的高度,某人在喷水柱正西方向的点A 测得水柱顶端的仰角为45°,沿点A 向北偏东30°前进100 m 到达点
B ,在B 点测得水柱顶端的仰角为30°,则水柱的高度是( )
A .50 m
B .100 m
C .120 m
D .150 m
答案 A
解析 设水柱高度是h m ,水柱底端为C ,在Rt△BCD 中,∠CBD =30°,BC =3h .
在△ABC 中,∠A =60°,AC =h ,AB =100,根据余弦定理得,(3h )2
=h 2
+1002
-2·h ·100·cos 60°,即h 2
+50h -5 000=0,即(h -50)(h +100)=0,即h =50,故水柱的高度是50 m.
12. 如图,一艘船上午9∶30在A 处测得灯塔S 在它的北偏东30°处,之后它继续沿正北方向匀速航行,上午10∶00到达B 处,此时又测得灯塔S 在它的北偏东75°处,且与它相距82n mile.此船的航速是________ n mile/h.
答案32
解析
设航速为v n mile/h,
在△ABS中,AB=
1
2
v,BS=82,∠BSA=45°,
由正弦定理得
82
sin 30°
=
1
2
v
sin 45°
,∴v=32.
13. 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.
答案507
解析如图,连接OC,在△OCD中,OD=100,CD=150,∠CDO=60°.由余弦定理得OC2=1002+1502-2×100×150×cos 60°=17 500,解得OC=507.
14.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A,B,C,D四点共圆,则AC的长为________ km.
答案7
解析因为A,B,C,D四点共圆,所以D+B=π.
在△ABC和△ADC中,由余弦定理可得82+52-2×8×5×cos(π-D)=32+52-2×3×5×cos
D,cos D=-
1
2
,代入得AC2=32+52-2×3×5×⎝
⎛
⎭⎪
⎫
-
1
2
=49,
故AC=7.
15. 在斜度一定的山坡上的一点A测得山顶上一建筑物顶端对于山坡的斜度为15°,如图所示,向山顶前进100 m后,又从B点测得斜度为45°,设建筑物的高为50 m.设此山对于地平面的斜度为θ,则cos θ=________.
答案3-1
解析在△ABC中,∠BAC=15°,∠CBA=180°-45°=135°,所以∠ACB=30°.
又AB=100 m,
由正弦定理,得
100
sin 30°
=
BC
sin 15°
,即BC=
100sin 15°
sin 30°
.
在△BCD中,因为CD=50,BC=
100sin 15°
sin 30°
,∠CBD=45°,∠CDB=90°+θ,
由正弦定理,得
50
sin 45°
=
100sin 15°
sin 30°
sin90°+θ
,
解得cos θ=3-1.。