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2课时 正弦定理
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知识点三 正弦定理的应用
5.△ABC中,b=30,c=15,C=26°,则此三角形解的情况是( )
A.一解 B.两解
C.无解 D.无法确定
解析:∵b=30,c=15,C=26°,∴c=bsin30°>bsinC,又c<b,如图,∴此三角形有两解.故选B.
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6.已知在△ABC中,角A,B所对的边分别是a和b,若acosB=bcosA,则△ABC一定是( )
A.等腰三角形 B.等边三角形
C.直角三角形 D.等腰直角三角形
解析:由正弦定理,得acosB=bcosA⇒sinA·cosB=sinBcosA⇒sin(A-B)=0,由于-π<A-B<π,故必有A-B=0,即△ABC为等腰三角形.故选A.
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3.在△ABC中,已知b=40,c=20,C=60°,则此三角形的解的情况是( )
A.有一解 B.有两解
C.无解 D.有解但解的个数不确定
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知识点一 已知两边及一边的对角解三角形
1.在△ABC中,内角A,B,C的对边分别为a,b,c,a=15,b=10,A=60°,则cosB=( )
A.±eq \f(\r(6),3)
B.eq \f(2\r(2),3) C.-eq \f(\r(6),3)
D.eq \f(\r(6),3)
解析:根据正弦定理eq \f(a,sinA)=eq \f(b,sinB),得sinB=eq \f(bsinA,a)=eq \f(\r(3),3),又a>b,所以角B为锐角,所以cosB=eq \f(\r(6),3).故选D.
2.(1)在△ABC中,b=10,c=5eq \r(6),C=60°,求边a的值;
(2)在△ABC中,a=2eq \r(3),b=6,A=30°,求角B,C和边c的值.
解:(1)由正弦定理,得sinB=eq \f(bsinC,c)=eq \f(10sin60°,5\r(6))=eq \f(\r(2),2),
又b<c,∴B<C,
∴B=45°,A=180°-(B+C)=75°,
∴a=eq \f(bsinA,sinB)=eq \f(10sin75°,sin45°)=eq \f(10×\f(\r(6)+\r(2),4),\f(\r(2),2))=5(eq \r(3)+1).
(2)由正弦定理,得sinB=eq \f(bsinA,a)=eq \f(6sin30°,2\r(3))=eq \f(\r(3),2),
∴B=60°或B=120°,均满足条件,
当B=60°时,C=90°,c=eq \f(asinC,sinA)=eq \f(2\r(3)sin90°,sin30°)=4eq \r(3);
当B=120°时,C=30°,c=a=2eq \r(3).
故B=60°,C=90°,c=4eq \r(3)或B=120°,C=30°,c=2eq \r(3).
知识点二 已知两角及一边解三角形
3.一个三角形的两内角分别为45°与60°,如果45°角所对的边的长是6,那么60°角所对的边的长是( )
A.3eq \r(6)
B.3eq \r(2) C.3eq \r(3)
D.2eq \r(6)
解析:设60°角所对的边的长为x,由eq \f(6,sin45°)=eq \f(x,sin60°),得x=eq \f(6sin60°,sin45°)=eq \f(6×\f(\r(3),2),\f(\r(2),2))=3eq \r(6).故选A.
解析:由A+B+C=180°,知C=30°,由eq \f(c,sinC)=eq \f(b,sinB),得c=eq \f(bsinC,sinB)=eq \f(2\r(2)×\f(1,2),\f(\r(2),2))=2.
4.在△ABC中,a,b,c分别是角A,B,C的对边,若A=105°,B=45°,b=2eq \r(2),则c=____.
知识点四 正弦定理与余弦定理的综合应用
7.[多选]在△ABC中,内角A,B,C所对的边分别为a,b,c,已知b+c=2a,3csinB=4asinC,则下列说法中正确的是( )
A.b=eq \f(4,3)a
B.sinB=eq \f(1,4)
C.cos2B=-eq \f(7,8)
D.sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2B+\f(π,6)))=-eq \f(3\r(5)+7,16)
解析:在△ABC中,由正弦定理eq \f(b,sinB)=eq \f(c,sinC),得bsinC=csinB,又由3csinB=4asinC,得3bsinC=4asinC,∵sinC≠0,∴3b=4a.又b+c=2a,得到b=eq \f(4,3)a,c=eq \f(2,3)a,故A正确;由余弦定理可得cosB=eq \f(a2+c2-b2,2ac)=eq \f(a2+\f(4,9)a2-\f(16,9)a2,2a·\f(2,3)a)=-eq \f(1,4),从而sinB=eq \r(1-cos2B)=eq \f(\r(15),4),故B错误;cos2B=cos2B-sin2B=-eq \f(7,8),故C正确;sin2B=2sinB·cosB=
-eq \f(\r(15),8),sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2B+\f(π,6)))=sin2Bcoseq \f(π,6)+cos2Bsineq \f(π,6)=-eq \f(\r(15),8)×eq \f(\r(3),2)-eq \f(7,8)×eq \f(1,2)=-eq \f(3\r(5)+7,16),故D正确.故选ACD.
8.在△ABC中,角A,B,C的对边分别为a,b,c,且2bcosA=ccosA+acosC.
(1)求角A的大小;
(2)若a=eq \r(7),b+c=4,求bc的值.
解:(1)由正弦定理,得2bcosA=ccosA+acosC⇒2cosAsinB=cosAsinC+sinAcosC=sin(A+C)=sinB,
∵sinB≠0,∴cosA=eq \f(1,2),
∵0°<A<180°,∴A=60°.
(2)由余弦定理,得7=a2=b2+c2-2bccos60°=b2+c2-bc=(b+c)2-3bc,
把b+c=4代入,得bc=3.
一、单项选择题
1.(2024·北京师大附中高一月考)在锐角三角形ABC中,角A,B,C所对的边分别为a,b,c,已知A=eq \f(π,4),sinB=eq \f(4,5),c=7,则a=( )
A.2
B.4 C.5
D.10
解析:由题意可知,在锐角三角形ABC中,sinB=eq \f(4,5),则cosB=eq \f(3,5),故sinC=sin(A+B)=sinA·cosB+cosAsinB=eq \f(\r(2),2)×eq \f(3,5)+eq \f(\r(2),2)×eq \f(4,5)=eq \f(7\r(2),10),则由正弦定理eq \f(a,sinA)=eq \f(c,sinC),得a=eq \f(csinA,sinC)=eq \f(7×\f(\r(2),2),\f(7\r(2),10))=5.故选C.
2.已知△ABC的内角A,B,C的对边分别为a,b,c,若c=eq \r(2),b=eq \r(6),B=120°,则a=( )
A.eq \r(6)
B.2 C.eq \r(3)
D.eq \r(2)
解析:由正弦定理eq \f(b,sinB)=eq \f(c,sinC),得sinC=eq \f(csinB,b)=eq \f(1,2).又c<b,∴C为锐角,∴C=30°,∴A=180°-120°-30°=30°,∴△ABC为等腰三角形,∴a=eq \r(2).故选D.
解析:由正弦定理eq \f(b,sinB)=eq \f(c,sinC),得sinB=eq \f(bsinC,c)=eq \f(40×\f(\r(3),2),20)=eq \r(3)>1,所以B不存在.即满足条件的三角形不存在.故选C.
4.在△ABC中,内角A,B,C所对的边分别为a,b,c,若eq \f(a2,b2)=eq \f(a2+c2-b2,b2+c2-a2),则△ABC是( )
A.等腰三角形
B.直角三角形
C.等腰直角三角形
D.等腰三角形或直角三角形
解析:由eq \f(a2,b2)=eq \f(a2+c2-b2,b2+c2-a2)及余弦定理,得eq \f(a2,b2)=eq \f(2accosB,2bccosA),即eq \f(a,b)=eq \f(cosB,cosA),由正弦定理,得eq \f(sinA,sinB)=eq \f(cosB,cosA),所以sin2A=sin2B,从而2A=2B或2A+2B=π,即A=B或A+B=eq \f(π,2).故选D.
5.(2024·河南郑州模拟)如图,在平面四边形ABCD中,若BC=2AB=4,AC=2eq \r(7),AB⊥BD,∠BCD=eq \f(π,4),则BD=( )
A.eq \r(3)
B.2
C.2eq \r(6)-2eq \r(2)
D.4eq \r(3)-4
解析:在△ABC中,由余弦定理,得cos∠ABC=eq \f(BA2+BC2-AC2,2BA·BC)=eq \f(22+42-(2\r(7))2,2×2×4)=-eq \f(1,2),所以∠ABC=eq \f(2π,3),因为AB⊥BD,所以∠CBD=eq \f(π,6),在△BCD中,∠BDC=π-eq \f(π,6)-eq \f(π,4)=eq \f(7π,12),由正弦定理,得eq \f(BD,sin∠BCD)=eq \f(BC,sin∠BDC),所以BD=eq \f(BCsin∠BCD,sin∠BDC)=eq \f(4×\f(\r(2),2),\f(\r(6)+\r(2),4))=4eq \r(3)-4.故选D.
二、多项选择题
6.下列说法中正确的是( )
A.在△ABC中,已知a=2,A=60°,则eq \f(b+2c,sinB+2sinC)=eq \f(4\r(3),3)
B.在△ABC中,“A>B”是“sinA>sinB”的充要条件
C.在△ABC中,若eq \f(a,cosB)=eq \f(b,cosA),则三角形为等腰三角形
D.在四边形ABCD中,若eq \o(AB,\s\up14(→))+eq \o(CD,\s\up14(→))=0,eq \o(AC,\s\up14(→))·eq \o(BD,\s\up14(→))=0,则四边形ABCD为菱形
解析:利用正弦定理可得eq \f(b+2c,sinB+2sinC)=eq \f(a,sinA)=eq \f(4\r(3),3),故A正确;在△ABC中,A>B⇔sinA>sinB,故B正确;若eq \f(a,cosB)=eq \f(b,cosA)⇒sin2A=sin2B,则A=B或A+B=eq \f(π,2),则三角形为等腰或直角三角形,故C错误;在四边形ABCD中,eq \o(AB,\s\up14(→))+eq \o(CD,\s\up14(→))=0,则四边形ABCD为平行四边形,又eq \o(AC,\s\up14(→))·eq \o(BD,\s\up14(→))=0,则平行四边形ABCD的对角线垂直,则四边形ABCD为菱形,故D正确.故选ABD.
7.(2024·重庆期末)已知△ABC的内角A,B,C的对边分别为a,b,c,a=eq \r(7),b=2,A=eq \f(π,3),则( )
A.c=3
B.sinB=eq \f(\r(21),7)
C.sinC=eq \f(\r(2),7)
D.△ABC中BC边的中线长为eq \f(\r(19),2)
解析:因为a=eq \r(7),b=2,A=eq \f(π,3),由余弦定理,得a2=7=
4+c2-2×2c×eq \f(1,2),所以c=3,故A正确;由正弦定理,得eq \f(a,sinA)=
eq \f(b,sinB)=eq \f(c,sinC),所以sinB=eq \f(2×\f(\r(3),2),\r(7))=eq \f(\r(21),7),sinC=eq \f(3×\f(\r(3),2),\r(7))=eq \f(3\r(21),14),故B正确,C错误;设△ABC中BC边的中线为AD,则eq \o(AD,\s\up14(→))=eq \f(1,2)(eq \o(AB,\s\up14(→))+eq \o(AC,\s\up14(→))),故|eq \o(AD,\s\up14(→))|=eq \f(1,2)
eq \r(\o(AB,\s\up14(→))2+\o(AC,\s\up14(→))2+2\o(AB,\s\up14(→))·\o(AC,\s\up14(→)))=eq \f(1,2)
eq \r(32+22+2×3×2×\f(1,2))=eq \f(\r(19),2),故D正确.故选ABD.
解析:设a=4k,b=3k,c=5k(k>0),由正弦定理,得eq \f(2sinA-sinB,sinC)=eq \f(2a-b,c)=eq \f(2×4k-3k,5k)=1.
三、填空题
8.在△ABC中,已知a∶b∶c=4∶3∶5,则eq \f(2sinA-sinB,sinC)=_____.
9.在△ABC中,角A,B,C的对边分别为a,b,c,已知A=75°,B=45°,c=3eq \r(2),则边b的值为______.
解析:因为A=75°,B=45°,所以C=60°,由正弦定理可得b=eq \f(csinB,sinC)=eq \f(3\r(2)×\f(\r(2),2),\f(\r(3),2))=2eq \r(3).
2eq \r(3)
10.在△ABC中,a,b,c分别是角A,B,C的对边,且满足bcosC=(3a-c)cosB.若eq \o(BC,\s\up14(→))·eq \o(BA,\s\up14(→))=4,则ac的值为______.
解析:由正弦定理,得sinBcosC=(3sinA-sinC)cosB.化简,得sinA=3sinAcosB,又sinA≠0,则cosB=eq \f(1,3).又eq \o(BC,\s\up14(→))·eq \o(BA,\s\up14(→))=accosB=4,所以ac=eq \f(4,cosB)=12.
四、解答题
11.在△ABC中,tanB=eq \f(1,2),eq \o(AB,\s\up14(→))·eq \o(BC,\s\up14(→))=2eq \o(CB,\s\up14(→))·eq \o(CA,\s\up14(→)).
(1)求sinA;
(2)设AC=eq \r(3),求AC边上的高.
解:(1)由eq \o(AB,\s\up14(→))·eq \o(BC,\s\up14(→))=2eq \o(CB,\s\up14(→))·eq \o(CA,\s\up14(→)),
得|eq \o(AB,\s\up14(→))||eq \o(BC,\s\up14(→))|cos(π-B)=2|eq \o(CB,\s\up14(→))||eq \o(CA,\s\up14(→))|cosC,
即-|eq \o(AB,\s\up14(→))|cosB=2|eq \o(CA,\s\up14(→))|cosC,
由正弦定理可得-sinCcosB=2sinBcosC,
所以tanC=-2tanB=-1,
又因为0<C<π,所以C=eq \f(3π,4),
因为tanB=eq \f(1,2),所以sinB=eq \f(\r(5),5),cosB=eq \f(2\r(5),5),
所以sinA=sin(C+B)=sinCcosB+cosCsinB=eq \f(\r(2),2)×eq \f(2\r(5),5)-eq \f(\r(2),2)×eq \f(\r(5),5)=eq \f(\r(10),10).
(2)设AC边上的高为h,在△ABC中,
由正弦定理可得eq \f(AB,sinC)=eq \f(AC,sinB),
所以AB=eq \f(ACsinC,sinB)=eq \f(\r(3)×\f(\r(2),2),\f(\r(5),5))=eq \f(\r(30),2),
所以h=ABsinA=eq \f(\r(30),2)×eq \f(\r(10),10)=eq \f(\r(3),2).
12.记△ABC的内角A,B,C的对边分别为a,b,c.已知a=eq \r(2)b,b2+c2+eq \r(2)bc=a2.
(1)求B;
(2)若a=4eq \r(2),在BC边上存在一点D,使得DA⊥AC,求AD的长.
解:(1)由余弦定理得cosA=eq \f(b2+c2-a2,2bc)=eq \f(-\r(2)bc,2bc)=-eq \f(\r(2),2),因为A∈(0,π),所以A=eq \f(3π,4).
因为a=eq \r(2)b,所以sinA=eq \r(2)sinB,解得sinB=eq \f(1,2),
因为a=eq \r(2)b>b,所以B=eq \f(π,6).
(2)因为a=4eq \r(2),a=eq \r(2)b,所以AC=b=4.
设AD=x,在△ABD中,由正弦定理,
得eq \f(x,sin\f(π,6))=eq \f(BD,sin\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3π,4)-\f(π,2)))),
则BD=eq \r(2)x,CD=4eq \r(2)-eq \r(2)x,
由x2+16=(4eq \r(2)-eq \r(2)x)2,
解得x=8-4eq \r(3)或8+4eq \r(3)(舍去),
故AD的长为8-4eq \r(3).
13.[多选](2024·福建福州期中)已知a,b,c分别为△ABC的内角A,B,C的对边,下列四个结论正确的是( )
A.若a2+b2-c2<0,则△ABC是钝角三角形
B.若A∶B∶C=1∶2∶3,则a∶b∶c=1∶2∶3
C.若asineq \f(A+C,2)=bsinA,则B=eq \f(π,3)
D.若B=eq \f(π,3),a=2eq \r(3),且△ABC有两解,则b的取值范围是(3,2eq \r(3))
解析:对于A,由余弦定理可得cosC=eq \f(a2+b2-c2,2ab)<0,所以C为钝角,则△ABC是钝角三角形,故A正确;对于B,由A∶B∶C=1∶2∶3,A+B+C=π,可得A=eq \f(π,6),B=eq \f(π,3),C=eq \f(π,2),由正弦定理可得a∶b∶c=sinA∶sinB∶sinC=eq \f(1,2)∶eq \f(\r(3),2)∶1=1∶eq \r(3)∶2,故B错误;对于C,因为asineq \f(A+C,2)=bsinA,由正弦定理可得sinAsineq \f(A+C,2)=sinBsinA,即sinAsineq \f(π-B,2)=sinBsinA,又A∈(0,π),所以sinA>0,所以sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2)-\f(B,2)))=sinB,即coseq \f(B,2)=sinB=2sineq \f(B,2)coseq \f(B,2),又B∈(0,π),则eq \f(B,2)∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0,\f(π,2))),所以coseq \f(B,2)>0,所以sineq \f(B,2)=eq \f(1,2),则eq \f(B,2)=eq \f(π,6),所以B=eq \f(π,3),故C正确;
对于D,如图,因为B=eq \f(π,3),a=2eq \r(3),若△ABC有两解,则asinB<b<a,即2eq \r(3)×eq \f(\r(3),2)<b<2eq \r(3),所以3<b<2eq \r(3),则b的取值范围是(3,2eq \r(3)),故D正确.故选ACD.
解析:由正弦定理,得eq \f(a+b,a)=eq \f(sinB,sinB-sinA)=eq \f(b,b-a),所以b2-a2=ab,即eq \f(b,a)-eq \f(a,b)=1,解得eq \f(a,b)=eq \f(\r(5)-1,2),由cos(A-B)+cosC=1-cos2C,所以cos(A-B)-cos(A+B)=2sin2C,即2sinAsinB=2sin2C,由正弦定理,得ab=c2,所以eq \f(c2,b2)=eq \f(a,b)=eq \f(\r(5)-1,2).
14.在△ABC中,已知eq \f(a+b,a)=eq \f(sinB,sinB-sinA),且cos(A-B)+cosC=1-cos2C,则eq \f(c2,b2)=________.
eq \f(\r(5)-1,2)
15.已知△ABC的内角A,B,C所对的边分别为a,b,c,且csinB=bsineq \f(C,2).
(1)求C;
(2)若点D在CB的延长线上,CB=BD,AD=1,求a+b的取值范围.
解:(1)csinB=bsineq \f(C,2),由正弦定理,
得sinCsinB=sinBsineq \f(C,2),
∵B∈(0,π),∴sinB≠0,
故sinC=sineq \f(C,2),即2sineq \f(C,2)coseq \f(C,2)=sineq \f(C,2),
∵eq \f(C,2)∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0,\f(π,2))),∴sineq \f(C,2)≠0,故coseq \f(C,2)=eq \f(1,2),
∵eq \f(C,2)∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0,\f(π,2))),∴eq \f(C,2)=eq \f(π,3),故C=eq \f(2π,3).
(2)在△ACD中,CD=2a,设∠CAD=α,则α∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0,\f(π,3))),
由正弦定理,得eq \f(AC,sinD)=eq \f(CD,sin∠CAD)=eq \f(AD,sinC),
即eq \f(b,sin\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(π-\f(2π,3)-α)))=eq \f(2a,sinα)=eq \f(1,sin\f(2π,3)),解得b=eq \f(2sin\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,3)-α)),\r(3)),a=eq \f(sinα,\r(3)),
故a+b=eq \f(2sin\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,3)-α)),\r(3))+eq \f(sinα,\r(3))=eq \f(\r(3)cosα,\r(3))=cosα,
∵α∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0,\f(π,3))),∴a+b=cosα∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2),1)),∴a+b的取值范围是eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2),1)).
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