内容正文:
第六章 平面向量及其应用
6.4 平面向量的应用
6.4.3 余弦定理、正弦定理
第1课时 余弦定理
课程标准:借助向量的运算,探索三角形边长与角度的关系,掌握余弦定理.
教学重点:1.用向量的方法推导余弦定理.2.用余弦定理求解三角形的边、角.
教学难点:余弦定理在解三角形中的应用.
核心素养:1.通过余弦定理的推导过程培养逻辑推理素养.2.通过余弦定理的应用培养数学运算素养.
(教师独具内容)
核心概念掌握
核心素养形成
随堂水平达标
目录
课后课时精练
核心概念掌握
知识点一 余弦定理
三角形中任何一边的平方,等于_______________________________________
_________________.即a2=_______________,b2=__________________,c2=_______________.
知识点二 余弦定理的推论
cosA=__________,cosB=_________,cosC=__________.
其他两边平方的和减去这两边与它们夹角的余弦的积的两倍
b2+c2-2bccosA
c2+a2-2cacosB
a2+b2-2abcosC
核心概念掌握
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知识点三 解三角形
(1)一般地,三角形的_________________和它们的____________叫做三角形的元素.
(2) _______________________________________叫做解三角形.
知识点四 余弦定理及其推论的应用
应用余弦定理及其推论可解决两类解三角形的问题:一类是已知________________解三角形,另一类是已知________解三角形.
三个角A,B,C
对边a,b,c
已知三角形的几个元素求其他元素的过程
两边及其夹角
三边
核心概念掌握
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[提示] 判定三角形形状时常用到的结论
(1)在△ABC中,若a2<b2+c2,则0°<A<90°;反之,若0°<A<90°,则a2<b2+c2.例如:在不等边三角形ABC中,a是最大的边,若a2<b2+c2,则60°<A<90°.
(2)在△ABC中,若a2=b2+c2,则A=90°;反之,若A=90°,则a2=b2+c2.
(3)在△ABC中,若a2>b2+c2,则90°<A<180°;反之,若90°<A<180°,则a2>b2+c2.
核心概念掌握
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2.(已知三边判断三角形形状)已知△ABC的三边分别为2,3,4,则此三角形是________三角形.
3.(已知三边关系求角)在△ABC中,若a2+b2-c2=ab,则角C的大小为________.
4.(已知两边及其夹角求边)在△ABC中,AB=4,BC=3,B=60°,则AC=________.
钝角
核心概念掌握
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核心素养形成
核心素养形成
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【感悟提升】 已知两边及一角解三角形的两种情况
(1)已知两边和两边夹角,直接应用余弦定理求出第三边,然后根据边角关系应用余弦定理求解其他角.
(2)三角形中已知两边和一边的对角,解法如下:利用余弦定理列出关于第三边的等量关系建立方程,运用解方程的方法求出第三边的长.
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【跟踪训练】
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核心素养形成
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[条件探究] 若本例(1)中条件不变,如何求最大角的余弦值呢?
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【感悟提升】 已知三边(三边关系)求解三角形的方法
(1)已知三角形的三边求角时,可利用余弦定理的推论求解出各角的大小.
(2)若已知三角形的三边关系,常根据边的关系直接代入化简或利用比例性质转化为已知三边求解.
注意:若已知三角形三边的比例关系,常根据比例的性质引入k,从而转化为已知三边求解.在已知三边求三个角时,一般先求小角后求大角.
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【跟踪训练】
2.(1)在△ABC中,(b+c)∶(c+a)∶(a+b)=4∶5∶6,则此三角形的最大内角为________.
120°
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(2)在△ABC中,已知BC=7,AC=8,AB=9,试求AC边上的中线长.
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题型三 判断三角形的形状
例3 在△ABC中,已知(a+b+c)(a+b-c)=3ab,且2cosAsinB=sinC,试确定△ABC的形状.
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【感悟提升】 利用余弦定理判断三角形形状的方法及注意事项
(1)利用余弦定理(有时还要结合三角恒等变换等知识)把已知条件转化为边的关系,通过因式分解、配方等方法得出边的相应关系,从而判断三角形的形状.
(2)统一成边的关系后,注意等式两边不要轻易约分,否则可能会出现漏解.
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【跟踪训练】
3.在△ABC中,若B=60°,2b=a+c,试判断△ABC的形状.
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120°
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5.在△ABC中,b=asinC,c=acosB,试判断△ABC的形状.
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课后课时精练
基础题(占比50%) 中档题(占比40%) 拔高题(占比10%)
题号 1 2 3 4 5 6 7 8
难度 ★ ★ ★ ★ ★★ ★ ★ ★★
对点 已知两边及一角求边 已知三边关系求角 判断三角形的形状 已知三边求最大角 已知三边关系判断角的范围 余弦定理与数量积的综合 已知三边求角 由余弦定理与三角函数求边的最值
题号 9 10 11 12 13 14 15
难度 ★ ★★ ★★ ★★ ★★ ★★★ ★★★
对点 余弦定理的综合应用 余弦定理的综合应用 已知三边求角 已知三边关系求角 已知三边求最大角 余弦定理的综合应用 余弦定理的综合
应用
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解析:由余弦定理,得b2=a2+c2-2accosB=9+c2-3c=13,即c2-3c-4=0,解得c=-1(舍去)或c=4.故选C.
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4.已知△ABC的三边长分别是x2+x+1,x2-1和2x+1(x>1),则△ABC的最大角为( )
A.150° B.120°
C.60° D.75°
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三、解答题
9.已知△ABC中,AC=1,BC=2,∠ABC=30°,且边AB,BC上的中线CD,AE交于点M.
(1)求AB的长;
(2)求cos∠AMC的值.
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11.某同学要用三条长度分别为3,5,7的线段画出一个三角形,则他将( )
A.画不出任何满足要求的三角形
B.画出一个锐角三角形
C.画出一个直角三角形
D.画出一个钝角三角形
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R
eq \f(b2+c2-a2,2bc)
eq \f(c2+a2-b2,2ca)
eq \f(a2+b2-c2,2ab)
eq \f(π,3)
eq \r(13)
1.(已知三边求角)在△ABC中,角A,B,C所对的边分别为a,b,c,若a=1,b=eq \r(7),c=eq \r(3),则B=________.
eq \f(5π,6)
题型一 已知两边及一角解三角形
例1 在△ABC中,a=2eq \r(3),c=eq \r(6)+eq \r(2),B=45°,解这个三角形.
解 由余弦定理得b2=a2+c2-2accosB=(2eq \r(3))2+(eq \r(6)+eq \r(2))2-2×2eq \r(3)×(eq \r(6)+eq \r(2))×cos45°=8,
∴b=2eq \r(2),
又cosA=eq \f(b2+c2-a2,2bc)=eq \f(8+(\r(6)+\r(2) )2-(2\r(3) )2,2×2\r(2)×(\r(6)+\r(2) ))=eq \f(1,2),
∴A=60°,C=180°-(A+B)=75°.
1.(1)在△ABC中,已知a=4,b=6,C=120°,则边c的值是( )
A.8
B.2eq \r(17)
C.6eq \r(2)
D.2eq \r(19)
解析:根据余弦定理,c2=a2+b2-2abcosC=16+36-2×4×6×cos120°=76,所以c=2eq \r(19).
(2)在△ABC中,已知b=3,c=3eq \r(3),B=30°,求角A,C和边a.
解:由余弦定理,得b2=a2+c2-2accosB,
∴32=a2+(3eq \r(3))2-2a×3eq \r(3)×cos30°,
∴a2-9a+18=0,解得a=3或6.
当a=3时,A=30°,∴C=120°.
当a=6时,由余弦定理,
得cosA=eq \f(b2+c2-a2,2bc)=eq \f(9+27-36,2×3×3\r(3))=0,
∴A=90°,∴C=60°.
题型二 已知三边(三边关系)解三角形
例2 (1)在△ABC中,若a=7,b=4eq \r(3),c=eq \r(13),则△ABC的最小角为( )
A.eq \f(π,3)
B.eq \f(π,6)
C.eq \f(π,4)
D.eq \f(π,12)
解析 因为c<b<a,所以最小角为角C,所以cosC=eq \f(a2+b2-c2,2ab)=eq \f(49+48-13,2×7×4\r(3))=eq \f(\r(3),2),所以C=eq \f(π,6).故选B.
(2)在△ABC中,若(a+c)(a-c)=b(b-eq \r(3)c),则A=( )
A.90°
B.30°
C.120°
D.150°
解析 因为(a+c)(a-c)=b(b-eq \r(3)c),所以b2+c2-a2=eq \r(3)bc,所以cosA=eq \f(b2+c2-a2,2bc)=eq \f(\r(3),2).因为0°<A<180°,所以A=30°.故选B.
解:因为c<b<a,所以最大角为角A,所以由余弦定理,可得
cosA=eq \f(b2+c2-a2,2bc)
=eq \f((4\r(3))2+(\r(13))2-72,2×4\r(3)×\r(13))
=eq \f(48+13-49,8\r(39))=eq \f(\r(39),26).
故△ABC的最大角的余弦值为eq \f(\r(39),26).
解析:由(b+c)∶(c+a)∶(a+b)=4∶5∶6,得a∶b∶c=7∶5∶3,∴边a最大.又cosA=eq \f(b2+c2-a2,2bc)=-eq \f(1,2),∴A=120°.
解:解法一:由余弦定理的推论,得
cosA=eq \f(AB2+AC2-BC2,2×AB×AC)=eq \f(92+82-72,2×9×8)=eq \f(2,3),
设AC边上的中线长为x,由余弦定理知,
x2=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(AC,2)))
eq \s\up12(2)+AB2-2×eq \f(AC,2)×ABcosA=42+92
-2×4×9×eq \f(2,3)=49,则x=7.
∴所求中线长为7.
解法二:在△ABC中,设AC边上的中线长为x,如图,以AB,BC为邻边作▱ABCD.
由余弦定理可得,在△ABC中,有
AC2=AB2+BC2-2AB×BCcos∠ABC,①
在△ABD中,有
BD2=AB2+AD2-2AB×ADcos∠BAD,②
①+②可得(2x)2+AC2=2(AB2+BC2),
即(2x)2+82=2×(92+72),
∴x=7,∴所求中线长为7.
解 由2cosAsinB=sinC,得
2cosAsinB=sinAcosB+cosAsinB,
∴sinAcosB-cosAsinB=0,∴sin(A-B)=0,
又A与B均为△ABC的内角,∴A=B.
由(a+b+c)(a+b-c)=3ab,得(a+b)2-c2=3ab,
∴a2+b2-c2=ab,∴由余弦定理,得cosC=eq \f(a2+b2-c2,2ab)=eq \f(ab,2ab)=eq \f(1,2),C=60°,
∴A=B=60°,∴△ABC为等边三角形.
解:由余弦定理,得b2=a2+c2-2accosB,
∵B=60°,b=eq \f(a+c,2),
∴eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(a+c,2)))
eq \s\up12(2)=a2+c2-2accos60°.
∴(a-c)2=0,a=c,又B=60°,
∴△ABC为等边三角形.
1.在△ABC中,已知b2=ac且c=2a,则cosB等于( )
A.eq \f(1,4)
B.eq \f(3,4)
C.eq \f(\r(2),4)
D.eq \f(\r(2),3)
解析:∵b2=ac,c=2a,∴b2=2a2,b=eq \r(2)a,∴cosB=eq \f(a2+c2-b2,2ac)=eq \f(a2+4a2-2a2,2a·2a)=eq \f(3,4).故选B.
2.已知△ABC的内角A,B,C的对边分别为a,b,c.若a=3eq \r(3),c=2,A+C=eq \f(5π,6),则b=( )
A.eq \r(13)
B.6
C.7
D.8
解析:∵A+C=eq \f(5π,6),∴B=π-(A+C)=eq \f(π,6).
∵a=3eq \r(3),c=2,∴由余弦定理可得b=eq \r(a2+c2-2accosB)
=eq \r((3\r(3))2+22-2×3\r(3)×2×\f(\r(3),2))=eq \r(13).故选A.
3.在△ABC中,若a=eq \r(3)+1,b=eq \r(3)-1,c=eq \r(10),则△ABC的最大角的度数为________.
解析:由c>a>b,知角C为最大角,则cosC=eq \f(a2+b2-c2,2ab)=-eq \f(1,2),所以C=120°,即△ABC的最大角为120°.
4.在△ABC中,a,b,c分别为内角A,B,C的对边,b=eq \r(2),c=1+eq \r(3),且a2=b2+c2-2bcsinA,则边a=________.
解析:由已知及余弦定理,得sinA=eq \f(b2+c2-a2,2bc)=cosA,∴A=45°,∴a2=b2+c2-2bccos45°=4,∴a=2.
解:由余弦定理,知cosB=eq \f(a2+c2-b2,2ac),
代入c=acosB,得c=a·eq \f(a2+c2-b2,2ac),
∴c2+b2=a2,∴△ABC是以A为直角的直角三角形.
又b=asinC,∴b=a·eq \f(c,a),∴b=c,
∴△ABC也是等腰三角形.
综上所述,△ABC是等腰直角三角形.
一、选择题
1.(2024·辽宁铁岭调兵山市第二高级中学高一下期末)在△ABC中,内角A,B,C所对的边分别是a,b,c,若a=3,b=eq \r(13),B=60°,则c=( )
A.2
B.3
C.4
D.5
2.在△ABC中,内角A,B,C的对边分别为a,b,c,且a2+b2+eq \r(2)ab=c2,则角C为( )
A.eq \f(π,4)
B.eq \f(3π,4)
C.eq \f(π,3)
D.eq \f(2π,3)
解析:∵a2+b2+eq \r(2)ab=c2,∴a2+b2-c2=-eq \r(2)ab,∴cosC=eq \f(a2+b2-c2,2ab)=eq \f(-\r(2)ab,2ab)=-eq \f(\r(2),2),∵C∈(0,π),∴C=eq \f(3π,4).
3.在△ABC中,sin2eq \f(A,2)=eq \f(c-b,2c)(a,b,c分别为角A,B,C的对应边),则△ABC的形状为( )
A.正三角形
B.直角三角形
C.等腰直角三角形
D.等腰三角形
解析:∵sin2eq \f(A,2)=eq \f(1-cosA,2)=eq \f(c-b,2c),∴cosA=eq \f(b,c)=eq \f(b2+c2-a2,2bc),∴a2+b2=c2,故△ABC为直角三角形.故选B.
解析:令x=2,得x2+x+1=7,x2-1=3,2x+1=5,∴最大边x2+x+1应对最大角,设最大角为α,∴cosα=eq \f((x2-1)2+(2x+1)2-(x2+x+1)2,2(x2-1)(2x+1))=-eq \f(1,2),∴△ABC的最大角为120°.故选B.
5.(多选)设△ABC的内角A,B,C的对边分别为a,b,c,则下列结论正确的是( )
A.若a2+b2<c2,则C>eq \f(π,2)
B.若ab>c2,则C≥eq \f(π,3)
C.若a3+b3=c3,则C<eq \f(π,2)
D.若a+b=2c,则C>eq \f(π,2)
解析:由a2+b2<c2,可以得出cosC=eq \f(a2+b2-c2,2ab)<0,所以C>eq \f(π,2),故A正确;由ab>c2,得cosC=eq \f(a2+b2-c2,2ab)>eq \f(2ab-ab,2ab)=eq \f(1,2),得0<C<eq \f(π,3),故B错误;假设C≥eq \f(π,2),则c>a,c>b,cosC=eq \f(a2+b2-c2,2ab)≤0,∴c2≥a2+b2,即c3≥ca2+cb2>a3+b3,与a3+b3=c3矛盾,∴C<eq \f(π,2),故C正确;取a=b=c=2,满足a+b=2c,此时C=eq \f(π,3),故D错误.故选AC.
二、填空题
6.若|eq \o(AB,\s\up17(→))|=2,|eq \o(AC,\s\up17(→))|=3,eq \o(AB,\s\up17(→))·eq \o(AC,\s\up17(→))=-3,则△ABC的周长为________.
解析:由eq \o(AB,\s\up17(→))·eq \o(AC,\s\up17(→))=|eq \o(AB,\s\up17(→))||eq \o(AC,\s\up17(→))|cosA及|eq \o(AB,\s\up17(→))|=2,|eq \o(AC,\s\up17(→))|=3,可得cosA=-eq \f(1,2),∴A=120°,再由余弦定理求得BC2=19,∴△ABC的周长为5+eq \r(19).
5+eq \r(19)
7.在△ABC中,BD为∠ABC的平分线,AB=3,BC=2,AC=eq \r(7),则sin∠
ABD=________.
解析:因为BD为∠ABC的平分线,所以∠ABD=eq \f(1,2)∠ABC.由余弦定理,得cos∠ABC=eq \f(AB2+BC2-AC2,2AB·BC)=eq \f(32+22-(\r(7))2,2×3×2)=eq \f(1,2).又cos∠ABC=1-2sin2∠ABD=eq \f(1,2),所以sin∠ABD=eq \f(1,2).
eq \f(1,2)
eq \r(3)
解析:设∠CAD=α,α∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0,\f(π,2))),则eq \f(\f(1,2)AC,AD)=cosα,代入数据得AC=2cosα,∵AC=eq \r(3)AB,∴AB=eq \f(2cosα,\r(3))=eq \f(2\r(3),3)cosα,在△ABD中,由余弦定理,得BD2=AB2+AD2-2AB·ADcoseq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2)+α)),即BD2=eq \f(4cos2α,3)+12+2×eq \f(2\r(3),3)cosα×1×sinα=eq \f(4,3)×eq \f(1+cos2α,2)+eq \f(2\r(3),3)sin2α+1=eq \f(2,3)cos2α+eq \f(2\r(3),3)sin2α+eq \f(5,3)=eq \f(4,3)sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2α+\f(π,6)))+eq \f(5,3),∵α∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0,\f(π,2))),∴2α+eq \f(π,6)∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,6),\f(7π,6))),∴当2α+eq \f(π,6)=eq \f(π,2),即α=eq \f(π,6)时,BD2取得最大值3,∴BD的最大值为eq \r(3).
8.(2024·四川成都石室中学高一下期末)在平面四边
形ABCD中,AB⊥AC,AC=eq \r(3)AB,AD=CD=1,则BD
的最大值为________.
解:(1)由余弦定理得
AC2=BC2+AB2-2BC·ABcos∠ABC,
而AC=1,BC=2,∠ABC=30°,
于是12=22+AB2-2×2ABcos30°,
即AB2-2eq \r(3)AB+3=0,解得AB=eq \r(3).
(2)易知∠BAC=90°,∠ACB=60°,如图,M为△ABC的重心,
可得CM=eq \f(2,3)CD=eq \f(2,3)
eq \r(AC2+AD2)=eq \f(2,3)×eq \r(12+\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(\r(3),2)))\s\up12(2))=eq \f(\r(7),3),AM=eq \f(2,3)AE=eq \f(2,3)×eq \f(1,2)BC=eq \f(2,3)×eq \f(1,2)×2=eq \f(2,3),
所以cos∠AMC=eq \f(AM2+CM2-AC2,2AM·CM)
=eq \f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(\r(7),3)))\s\up12(2)+\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2,3)))\s\up12(2)-12,2×\f(\r(7),3)×\f(2,3))=eq \f(\r(7),14).
10.已知△ABC的内角A,B,C的对边分别为a,b,c,且(a-c)2=b2-eq \f(3,4)ac.
(1)求cosB的值;
(2)若b=eq \r(13),且a+c=2b,求ac的值.
解:(1)由(a-c)2=b2-eq \f(3,4)ac,可得a2+c2-b2=eq \f(5,4)ac.
所以eq \f(a2+c2-b2,2ac)=eq \f(5,8),即cosB=eq \f(5,8).
(2)因为b=eq \r(13),cosB=eq \f(5,8),由余弦定理,得b2=a2+c2-eq \f(5,4)ac,
即13=(a+c)2-eq \f(13,4)ac,又a+c=2b=2eq \r(13),
所以13=52-eq \f(13,4)ac,解得ac=12.
解析:三条线段可构成三角形.设长度为7的边所对应的角为θ,则cosθ=eq \f(9+25-49,2×3×5)<0,因此他将画出一个钝角三角形.故选D.
12.在△ABC中,内角A,B,C所对的边分别为a,b,c,若(a2+b2-c2)tanC=ab,则角C的大小为( )
A.eq \f(π,6)或eq \f(5π,6)
B.eq \f(π,3)或eq \f(2π,3)
C.eq \f(π,6)
D.eq \f(2π,3)
解析:由(a2+b2-c2)tanC=ab,可得eq \f(a2+b2-c2,2ab)·tanC=eq \f(1,2),由余弦定理可得cosCtanC=sinC=eq \f(1,2).因为0<C<π,所以角C的大小为eq \f(π,6)或eq \f(5π,6).故选A.
13.若三角形三边长分别为a,b,eq \r(a2+ab+b2)(a>0,b>0),则最大角为________.
解析:∵eq \r(a2+ab+b2)>a,eq \r(a2+ab+b2)>b,∴eq \r(a2+ab+b2)所对的角最大.设最大角为θ,则cosθ=eq \f(a2+b2-(\r(a2+ab+b2) )2,2ab)=-eq \f(1,2).又θ∈(0,π),∴θ=eq \f(2π,3).
eq \f(2π,3)
14.在△ABC中,a=3,b-c=2,cosB=-eq \f(1,2).
(1)求b,c的值;
(2)求sin(B+C)的值.
解:(1)由已知及余弦定理,得
cosB=eq \f(c2+a2-b2,2ca)=eq \f(9+(c+b)(c-b),6c)
=eq \f(9-2(c+b),6c)=-eq \f(1,2),
即9-2b+c=0,
又b-c=2,所以b=7,c=5.
(2)由(1)及余弦定理,得
cosC=eq \f(a2+b2-c2,2ab)=eq \f(32+72-52,2×3×7)=eq \f(11,14),
又sin2C+cos2C=1,0<C<π,
所以sinC=eq \f(5\r(3),14),同理sinB=eq \f(\r(3),2),
所以sin(B+C)=sinBcosC+sinCcosB
=eq \f(\r(3),2)×eq \f(11,14)+eq \f(5\r(3),14)×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(1,2)))=eq \f(3\r(3),14).
15.在△ABC中,内角A,B,C的对边分别为a,b,c,且a2-(b-c)2=(2-eq \r(3))bc,sinAsinB=cos2eq \f(C,2),BC边上的中线AM的长为eq \r(7).
(1)求角A和角B的大小;
(2)求△ABC的周长.
解:(1)由a2-(b-c)2=(2-eq \r(3))bc,得a2-b2-c2=-eq \r(3)bc,
所以cosA=eq \f(b2+c2-a2,2bc)=eq \f(\r(3),2).
又0<A<π,所以A=eq \f(π,6).
由sinAsinB=cos2eq \f(C,2),得eq \f(1,2)sinB=eq \f(1+cosC,2),
即sinB=1+cosC,则cosC<0,即C为钝角.
所以B为锐角,且B+C=eq \f(5π,6),则sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(5π,6)-C))=1+cosC,
化简得coseq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(C+\f(π,3)))=-1,解得C=eq \f(2π,3),所以B=eq \f(π,6).
(2)由(1)知,a=b,在△ACM中,
由余弦定理得
AM2=b2+eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(a,2)))
eq \s\up12(2)-2b·eq \f(a,2)·cosC,
即b2+eq \f(b2,4)+eq \f(b2,2)=(eq \r(7))2,
解得b=2,所以a=2.
在△ABC中,c2=a2+b2-2abcosC=22+22-2×2×2×coseq \f(2π,3)=12,所以c=2eq \r(3).
所以△ABC的周长为4+2eq \r(3).
$$