解三角形:三角形中的几何计算
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2
11 2 5 3 1-14 = 14 .
AB AC 在△ABC中,由正弦定理,得sinC=sinB, 5 3 7× 14 AC· sinC 5 6 ∴AB= sinB = sin45°= 2 .
类型三 [例3]
三角形中的综合问题 在△ABC中,角A,B,C所对的边分别为a,
3 2 b,c,设S为△ABC的面积,满足S= (a +b2-c2). 4 (1)求角C的大小; (2)求sinA+sinB的最大值.
c [例题] 在△ABC 中,C=3B,求 的取值范围. b
c sinC sin3B [解] 由正弦定理,得 = = = b sinB sinB sinB+2B sinBcos2B+cosBsin2B = = cos2B + 2cos2B = sinB sinB 4cos2B-1. c ∵0≤cos B≤1,∴-1≤4cos B-1≤3,∴0< ≤3. b
[点评]
(1)本题考查了余弦定理、三角形面积公式、
三角恒等变换等基础知识,同时考查了三角运算求解能 力. (2)此类问题常以三角形为载体,以正、余弦定理和三 角函数公式为工具来综合考查,因此要掌握正、余弦定 理,掌握三角函数的公式和性质.
自我纠错
易错点:忽略三角形中角的限制而导致错误 在解三角形问题时,应注意 A+B+C=180° ,且 A>0° , B>0° ,C>0° . c [错题展示] 在△ABC 中,C=3B,求 的取值范围. b
三角形中的几何计算
新知初探
1.几何计算问题 在△ABC中,边BC,CA,AB上的高分别记为ha, hb,hc,则
csinB (1)ha=bsinC=_______; asinC ; (2)hb=csinA=________ bsinA (3)hc=asinB=________.
1 bcsinA 1 1 2 (4)S=2absinC=2acsinB=_________.
3.解三角形广泛应用于各种平面图形,如菱形、梯 形、平行四边形、扇形及一些不规则图形,处理时,可通 过添加适当的辅助线,将问题纳入到三角形中去解决.以 三角形为载体借助正、余弦定理还可以解决三角函数的求 值问题.
以平面几何图形为背景,求解有关长度、角度、面积、 最值和优化等问题,通常是转化到三角形中,利用正、余 弦定理加以解决.在解决某些具体问题时,常先引入变量 (如边长、角度等),然后把要解的三角形的边或角用所设 变量表示出来,再利用正、余弦定理列出方程,解之.
1 c 2 ∴2<cos B<1,故1<b<3. [反思] 由A+B+C=180° 及C=3B得出B的取值范
围,不可忽略.
思悟升华
1.解决三角形中计算问题的关键是转化为求三角形中 的边或角,再分析所解三角形中已知哪些元素,还需要求 出哪些元素.通常情况下,求线段的长转化为求三角形的 边长,求角的大小转化为求三角形的角的大小.
2.三角形中的计算、证明问题除正弦定理、余弦定理 外,常见的公式还有: (1)P=a+b+c(P为三角形的周长); (2)A+B+C=π; 1 (3)S= aha(ha表示a边上的高); 2 1 1 1 (4)S= absinC= acsinB= bcsinA; 2 2 2
abc (5)S= 4R (可用正弦定理推得); (6)S=2R2sinA· sinB· sinC(R是三角形外接圆半径); 1 (7)S=2r(a+b+c)(r为三角形内切圆半径); (8)S= pp-ap-bp-c 1 [p=2(a+b+c)].
实际所需电线长度约为 1.2AB≈7 425.6(m).
• 测量高度问题一般是利用地面上的观测点,通过测量仰角、 俯角等数据计算物体的高度,这类问题一般用到立体几何 知识,先把立体几何问题转化为平面几何问题,再通过解 三角形加以解决. • 如图,测量河对岸的塔形建筑AB,A为塔的顶端,B为 塔的底端,河两岸的地面上任意一点与塔底端B处在同一 海拔水平面上,现给你一架测角仪(可以测量仰角、俯角 和视角),再给你一把尺子(可以测量地面上两点间距离), 图中给出的是在一侧河岸地面C点测得仰角∠ACB=α ,请 设计一种测量塔建筑高度AB的方法(其中测角仪支架高度 忽略不计,计算结果可用测量数据所设字母表示).
[分析]
利用面积公式求角C,再利用三角形的内角和
定理和两角和的正弦公式化简求最大值.
[解]
1 3 (1)由题意可知 absinC= ×2abcosC. 2 4
所以tanC= 3, π 因为0<C<π,所以C=3. (2)由已知sinA+sinB
π 2π =sinA+sin(π-A-3)=sinA+sin( 3 -A) 3 1 =sinA+ 2 cosA+2sinA π 2π = 3sin(A+6)≤ 3(0<A< 3 ). π 当A= 时,即△ABC为等边三角形时取等号. 3 所以sinA+sinB的最大值为 3.
2 2
[错解分析] 由 A+B+C=180° 及 C=3B 得出 B 的取值 范围,不可忽略.
[正解]
c sinC sin3B sinB+2B 由正弦定理,得 = = = b sinB sinB sinB
sinBcos2B+cosBsin2B 2 2 = = cos2 B + 2cos B = 4cos B-1. sinB ∵A+B+C=180° ,C=3B, ∴0° <B<45° ,即 2 <cosB<1. 2
2.对于既可用正弦定理又可用余弦定理解的三角形, 用正弦定理计算相对简单,但要根据已知条件中边的大小 来确定角的大小,此时,若选择用正弦定理去计算较小的 边所对的角,可避开分类讨论;利用余弦定理的推论,可 根据角的余弦值的正负直接判断出所求角是锐角还是钝 角,但计算复杂,所以,在使用正、余弦定理解三角形 时,要注意比较它们的异同点,灵活选用定理解题.利用 正、余弦定理不仅能求角的函数值,反过来,还能求角的 大小.
类型一 三角形中的面积计算 [例 1] 在△ABC 中, 已知 b2-bc-2c2=0, 且 a= 6,
7 cosA= ,求△ABC 的面积. 8 解:∵b2-bc-2c2=0.
∴b=2c或b=-c(舍去). 由余弦定理得a2=b2+c2-2bccosA, 7 即b +c -4bc=6.
2 2
7 15 2 ∵cosA= ,∴在△ABC 中,sinA= 1-cos A= . 8 8 1 15 ∴S△ABC= bcsinA= .
三角形中线段长度的计算 在△ABC中,若c=4,b=7,BC边上的中线
7 AD的长为 ,求边长a. 2 [分析] 由题目可获取以下主要信息:
①c=4,b=7. 7 ②AD为中线且AD= . 2 解答本题可先令CD=DB=x. 在△ACD和△ACB中,∠ACB是公共角,两次使用余 弦定理,便可求出x.
1.运用三角形面积公式时应注意哪些问题?
提示:(1)利用三角形面积公式解题时,常常要结合三 角函数的有关公式. (2)解与三角形面积有关的问题,常需要利用正弦定 理、余弦定理,解题时要注意发现各元素之间的关系,灵 活运用公式. (3)对于求多边形的面积问题可通过分割转化为几个三 角形面积的和.
典例导悟
解析: 方法一:选择水平基线 BC,在 BC 的延长线上取一点 D, 在 D 点测得仰角∠BDA=β,同时测得 CD 的长度为 a. 在△ADC 中∠DAC=α-β, 在△ADC 中,由正弦定理 AC DC = , sin β sinα-β
asin β ∴AC= . sinα-β asin β 在 Rt△ACB 中,AB=AC· sin α= sin α. sinα-β 方法二:在 BC 的延长线上找一点 D,使得在 D 点测得仰角∠ADB α =2. 又测得 DC 的长为 m. α 在△ADC 中,∠ADC= , 2 α α ∠DAC=α- = . 2 2 ∴DC=AC=m,
1.在△ABC中,已知C=60° ,b=4 高等于( A. 3 C.4 3 ) B.2 3 D.6
3 ,则BC边上的
解析:BC边上的高等于bsinC=6.
答案:D
2.已知锐角△ABC的面积为3 3,BC=4,CA=3,则 角C的大小为( A.75° C.45° ) B.60° D.30°
1 1 解析:由 2 ×BC×ACsinC=3 3 ,得 2 ×4×3sinC= 3 3, 3 所以sinC= 2 .所以C=60° 或120° . 又△ABC是锐角三角形,所以C=60° .
答案:D
• 求距离问题要注意: • (1) 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. • (2) 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.
某单位在抗雪救灾中,需要在 A、B 两地之间架设高压电线,测 量人员在相距 6 000 m 的 C、D 两地(A、B、C、D 在同一平面上),测得 ∠ACD=45° ,∠ADC=75° ,∠BCD=30° ,∠BDC=15° (如图),假如考 虑到电线的自然下垂和施工损耗等原因,实际所需电线长度大约应该是 A、B 距离的 1.2 倍,问施工单位至少应该准备多长的电线?(参考数据: 2≈1.4, 3≈1.7, 7≈2.6)
[解]
如图所示,∵AD 是 BC 边上的中线,
∴可设 CD=DB=x, 则 CB=a=2x. 7 ∵c=4,b=7,AD= , 2
在△ACD中, 72 7 +x -2 有cosC= , 2×7×x
2 2
72+2x2-42 在△ABC中,有cosC= . 2×7×2x 72 7 +x -2 72+2x2-42 ∴ = . 2×7×x 2×7×2x
与b=2c联立,得b=4,c=2,
[点评]
本题主要考查正弦定理、余弦定理以及三角
形面积公式的应用.求三角形的面积,要充分挖掘题目中 的条件,转化为求两边或两边之积及其夹角正弦的问题, 要注意方程思想在解题中的应用.另外也要注意三个内角 的取值范围,以避免由三角函数值求角时出现增根错误.
类型二 [例2]
答案:B
3.在△ABC中,sinA:sinB:sinC=3:5:7,且周长为30, 则S△ABC=( 15 3 A. 14 C.13 3 ) 13 3 B. 14 D.15 3
Hale Waihona Puke Baidu
解析:由正弦定理知,sinA:sinB:sinC=a:b:c=3:5:7. 设a=3k,b=5k,c=7k(k>0), 又a+b+c=30, ∴k=2,即三边长为a=6,b=10,c=14. b2+c2-a2 13 3 3 ∴cosA= 2bc =14,sinA= 14 . 1 1 3 3 ∴S△ABC= bcsinA= ×10×14× =15 3. 2 2 14
在 Rt△ACB 中,AB=ACsin α=msin α.
方法三:如图,在河的这岸抽取一点 D,测得 CD=b,并测∠BCD =γ,∠BDC=β. 在△BCD 中,∠CBD=π-γ-β. BC CD 由正弦定理得 = , sin∠BDC sin∠CBD CD· sin∠BDC b· sin β ∴BC= = . sin∠CBD sinβ+γ b· sin βtan α 在 Rt△ABC 中,AB=BCtan ∠ACB= . sinβ+γ
解析: 在△ACD 中,∠CAD=180° -∠ACD-∠ADC=60° , CD=6 000 m,∠ACD=45° , 根据正弦定理 AD= CDsin 45° = sin 60° 2 CD, 3
在△BCD 中,∠CBD=180° -∠BCD-∠BDC=135° , CD=6 000 m,∠BCD=30° , CDsin 30° 2 根据正弦定理 BD= sin 135° = 2 CD. 又在△ABD 中,∠ADB=∠ADC+∠BDC=90° , 根据勾股定理有 AB= AD2+BD2= 2 1 + CD=1 000 42(m), 3 2
2 2
9 解得x=2. ∴a=2x=9.
变式训练2
如图,在△ABC中,已知B=45° ,D是BC
边上的一点,AD=5,AC=7,DC=3,求AB的长.
解:在△ACD中,由余弦定理,得cosC= AC2+CD2-AD2 72+32-52 11 = = . 2AC· CD 2×7×3 14 ∵C为三角形的内角,∴C∈(0,π), ∴sinC= 1-cos C=
11 2 5 3 1-14 = 14 .
AB AC 在△ABC中,由正弦定理,得sinC=sinB, 5 3 7× 14 AC· sinC 5 6 ∴AB= sinB = sin45°= 2 .
类型三 [例3]
三角形中的综合问题 在△ABC中,角A,B,C所对的边分别为a,
3 2 b,c,设S为△ABC的面积,满足S= (a +b2-c2). 4 (1)求角C的大小; (2)求sinA+sinB的最大值.
c [例题] 在△ABC 中,C=3B,求 的取值范围. b
c sinC sin3B [解] 由正弦定理,得 = = = b sinB sinB sinB+2B sinBcos2B+cosBsin2B = = cos2B + 2cos2B = sinB sinB 4cos2B-1. c ∵0≤cos B≤1,∴-1≤4cos B-1≤3,∴0< ≤3. b
[点评]
(1)本题考查了余弦定理、三角形面积公式、
三角恒等变换等基础知识,同时考查了三角运算求解能 力. (2)此类问题常以三角形为载体,以正、余弦定理和三 角函数公式为工具来综合考查,因此要掌握正、余弦定 理,掌握三角函数的公式和性质.
自我纠错
易错点:忽略三角形中角的限制而导致错误 在解三角形问题时,应注意 A+B+C=180° ,且 A>0° , B>0° ,C>0° . c [错题展示] 在△ABC 中,C=3B,求 的取值范围. b
三角形中的几何计算
新知初探
1.几何计算问题 在△ABC中,边BC,CA,AB上的高分别记为ha, hb,hc,则
csinB (1)ha=bsinC=_______; asinC ; (2)hb=csinA=________ bsinA (3)hc=asinB=________.
1 bcsinA 1 1 2 (4)S=2absinC=2acsinB=_________.
3.解三角形广泛应用于各种平面图形,如菱形、梯 形、平行四边形、扇形及一些不规则图形,处理时,可通 过添加适当的辅助线,将问题纳入到三角形中去解决.以 三角形为载体借助正、余弦定理还可以解决三角函数的求 值问题.
以平面几何图形为背景,求解有关长度、角度、面积、 最值和优化等问题,通常是转化到三角形中,利用正、余 弦定理加以解决.在解决某些具体问题时,常先引入变量 (如边长、角度等),然后把要解的三角形的边或角用所设 变量表示出来,再利用正、余弦定理列出方程,解之.
1 c 2 ∴2<cos B<1,故1<b<3. [反思] 由A+B+C=180° 及C=3B得出B的取值范
围,不可忽略.
思悟升华
1.解决三角形中计算问题的关键是转化为求三角形中 的边或角,再分析所解三角形中已知哪些元素,还需要求 出哪些元素.通常情况下,求线段的长转化为求三角形的 边长,求角的大小转化为求三角形的角的大小.
2.三角形中的计算、证明问题除正弦定理、余弦定理 外,常见的公式还有: (1)P=a+b+c(P为三角形的周长); (2)A+B+C=π; 1 (3)S= aha(ha表示a边上的高); 2 1 1 1 (4)S= absinC= acsinB= bcsinA; 2 2 2
abc (5)S= 4R (可用正弦定理推得); (6)S=2R2sinA· sinB· sinC(R是三角形外接圆半径); 1 (7)S=2r(a+b+c)(r为三角形内切圆半径); (8)S= pp-ap-bp-c 1 [p=2(a+b+c)].
实际所需电线长度约为 1.2AB≈7 425.6(m).
• 测量高度问题一般是利用地面上的观测点,通过测量仰角、 俯角等数据计算物体的高度,这类问题一般用到立体几何 知识,先把立体几何问题转化为平面几何问题,再通过解 三角形加以解决. • 如图,测量河对岸的塔形建筑AB,A为塔的顶端,B为 塔的底端,河两岸的地面上任意一点与塔底端B处在同一 海拔水平面上,现给你一架测角仪(可以测量仰角、俯角 和视角),再给你一把尺子(可以测量地面上两点间距离), 图中给出的是在一侧河岸地面C点测得仰角∠ACB=α ,请 设计一种测量塔建筑高度AB的方法(其中测角仪支架高度 忽略不计,计算结果可用测量数据所设字母表示).
[分析]
利用面积公式求角C,再利用三角形的内角和
定理和两角和的正弦公式化简求最大值.
[解]
1 3 (1)由题意可知 absinC= ×2abcosC. 2 4
所以tanC= 3, π 因为0<C<π,所以C=3. (2)由已知sinA+sinB
π 2π =sinA+sin(π-A-3)=sinA+sin( 3 -A) 3 1 =sinA+ 2 cosA+2sinA π 2π = 3sin(A+6)≤ 3(0<A< 3 ). π 当A= 时,即△ABC为等边三角形时取等号. 3 所以sinA+sinB的最大值为 3.
2 2
[错解分析] 由 A+B+C=180° 及 C=3B 得出 B 的取值 范围,不可忽略.
[正解]
c sinC sin3B sinB+2B 由正弦定理,得 = = = b sinB sinB sinB
sinBcos2B+cosBsin2B 2 2 = = cos2 B + 2cos B = 4cos B-1. sinB ∵A+B+C=180° ,C=3B, ∴0° <B<45° ,即 2 <cosB<1. 2
2.对于既可用正弦定理又可用余弦定理解的三角形, 用正弦定理计算相对简单,但要根据已知条件中边的大小 来确定角的大小,此时,若选择用正弦定理去计算较小的 边所对的角,可避开分类讨论;利用余弦定理的推论,可 根据角的余弦值的正负直接判断出所求角是锐角还是钝 角,但计算复杂,所以,在使用正、余弦定理解三角形 时,要注意比较它们的异同点,灵活选用定理解题.利用 正、余弦定理不仅能求角的函数值,反过来,还能求角的 大小.
类型一 三角形中的面积计算 [例 1] 在△ABC 中, 已知 b2-bc-2c2=0, 且 a= 6,
7 cosA= ,求△ABC 的面积. 8 解:∵b2-bc-2c2=0.
∴b=2c或b=-c(舍去). 由余弦定理得a2=b2+c2-2bccosA, 7 即b +c -4bc=6.
2 2
7 15 2 ∵cosA= ,∴在△ABC 中,sinA= 1-cos A= . 8 8 1 15 ∴S△ABC= bcsinA= .
三角形中线段长度的计算 在△ABC中,若c=4,b=7,BC边上的中线
7 AD的长为 ,求边长a. 2 [分析] 由题目可获取以下主要信息:
①c=4,b=7. 7 ②AD为中线且AD= . 2 解答本题可先令CD=DB=x. 在△ACD和△ACB中,∠ACB是公共角,两次使用余 弦定理,便可求出x.
1.运用三角形面积公式时应注意哪些问题?
提示:(1)利用三角形面积公式解题时,常常要结合三 角函数的有关公式. (2)解与三角形面积有关的问题,常需要利用正弦定 理、余弦定理,解题时要注意发现各元素之间的关系,灵 活运用公式. (3)对于求多边形的面积问题可通过分割转化为几个三 角形面积的和.
典例导悟
解析: 方法一:选择水平基线 BC,在 BC 的延长线上取一点 D, 在 D 点测得仰角∠BDA=β,同时测得 CD 的长度为 a. 在△ADC 中∠DAC=α-β, 在△ADC 中,由正弦定理 AC DC = , sin β sinα-β
asin β ∴AC= . sinα-β asin β 在 Rt△ACB 中,AB=AC· sin α= sin α. sinα-β 方法二:在 BC 的延长线上找一点 D,使得在 D 点测得仰角∠ADB α =2. 又测得 DC 的长为 m. α 在△ADC 中,∠ADC= , 2 α α ∠DAC=α- = . 2 2 ∴DC=AC=m,
1.在△ABC中,已知C=60° ,b=4 高等于( A. 3 C.4 3 ) B.2 3 D.6
3 ,则BC边上的
解析:BC边上的高等于bsinC=6.
答案:D
2.已知锐角△ABC的面积为3 3,BC=4,CA=3,则 角C的大小为( A.75° C.45° ) B.60° D.30°
1 1 解析:由 2 ×BC×ACsinC=3 3 ,得 2 ×4×3sinC= 3 3, 3 所以sinC= 2 .所以C=60° 或120° . 又△ABC是锐角三角形,所以C=60° .
答案:D
• 求距离问题要注意: • (1) 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. • (2) 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.
某单位在抗雪救灾中,需要在 A、B 两地之间架设高压电线,测 量人员在相距 6 000 m 的 C、D 两地(A、B、C、D 在同一平面上),测得 ∠ACD=45° ,∠ADC=75° ,∠BCD=30° ,∠BDC=15° (如图),假如考 虑到电线的自然下垂和施工损耗等原因,实际所需电线长度大约应该是 A、B 距离的 1.2 倍,问施工单位至少应该准备多长的电线?(参考数据: 2≈1.4, 3≈1.7, 7≈2.6)
[解]
如图所示,∵AD 是 BC 边上的中线,
∴可设 CD=DB=x, 则 CB=a=2x. 7 ∵c=4,b=7,AD= , 2
在△ACD中, 72 7 +x -2 有cosC= , 2×7×x
2 2
72+2x2-42 在△ABC中,有cosC= . 2×7×2x 72 7 +x -2 72+2x2-42 ∴ = . 2×7×x 2×7×2x
与b=2c联立,得b=4,c=2,
[点评]
本题主要考查正弦定理、余弦定理以及三角
形面积公式的应用.求三角形的面积,要充分挖掘题目中 的条件,转化为求两边或两边之积及其夹角正弦的问题, 要注意方程思想在解题中的应用.另外也要注意三个内角 的取值范围,以避免由三角函数值求角时出现增根错误.
类型二 [例2]
答案:B
3.在△ABC中,sinA:sinB:sinC=3:5:7,且周长为30, 则S△ABC=( 15 3 A. 14 C.13 3 ) 13 3 B. 14 D.15 3
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解析:由正弦定理知,sinA:sinB:sinC=a:b:c=3:5:7. 设a=3k,b=5k,c=7k(k>0), 又a+b+c=30, ∴k=2,即三边长为a=6,b=10,c=14. b2+c2-a2 13 3 3 ∴cosA= 2bc =14,sinA= 14 . 1 1 3 3 ∴S△ABC= bcsinA= ×10×14× =15 3. 2 2 14
在 Rt△ACB 中,AB=ACsin α=msin α.
方法三:如图,在河的这岸抽取一点 D,测得 CD=b,并测∠BCD =γ,∠BDC=β. 在△BCD 中,∠CBD=π-γ-β. BC CD 由正弦定理得 = , sin∠BDC sin∠CBD CD· sin∠BDC b· sin β ∴BC= = . sin∠CBD sinβ+γ b· sin βtan α 在 Rt△ABC 中,AB=BCtan ∠ACB= . sinβ+γ
解析: 在△ACD 中,∠CAD=180° -∠ACD-∠ADC=60° , CD=6 000 m,∠ACD=45° , 根据正弦定理 AD= CDsin 45° = sin 60° 2 CD, 3
在△BCD 中,∠CBD=180° -∠BCD-∠BDC=135° , CD=6 000 m,∠BCD=30° , CDsin 30° 2 根据正弦定理 BD= sin 135° = 2 CD. 又在△ABD 中,∠ADB=∠ADC+∠BDC=90° , 根据勾股定理有 AB= AD2+BD2= 2 1 + CD=1 000 42(m), 3 2
2 2
9 解得x=2. ∴a=2x=9.
变式训练2
如图,在△ABC中,已知B=45° ,D是BC
边上的一点,AD=5,AC=7,DC=3,求AB的长.
解:在△ACD中,由余弦定理,得cosC= AC2+CD2-AD2 72+32-52 11 = = . 2AC· CD 2×7×3 14 ∵C为三角形的内角,∴C∈(0,π), ∴sinC= 1-cos C=