内容正文:
第三章
三角函数、解三角形
第6节 正弦定理和余弦定理及其应用
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第三章 三角函数、解三角形
夯实 必备知识
跃升 关键能力
01
02
课时作业
04
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课时作业
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第三章 三角函数、解三角形
课程标准
1.掌握正弦定理、余弦定理,并能解决一些简单的三角形度量问题.
2.能够运用正弦定理、余弦定理等知识和方法解决一些与测量和几何计算有关的实际问题
核心素养
1.正、余弦定理的应用,提升数学抽象和数学运算素养.
2.利用正弦、余弦定理判定三角形的形状,增强逻辑推理和数学运算素养.
3.和三角形面积有关的问题,提升逻辑推理和数学运算素养.
4.解三角形的实际应用,增强直观想象和数学运算素养
考情聚焦
正弦定理和余弦定理是历年高考的必考内容,选择题、填空题主要考查利用正弦定理、余弦定理解三角形及三角形面积公式的应用、解三角形实际应用中的距离问题、高度问题,解答题常与三角函数的图象与性质及三角恒等变换相结合,属于中低档题
[必备知识]
1.正、余弦定理
在△ABC中,若角A,B,C所对的边分别是a,b,c,R为△ABC外接圆半径,则
定理
正弦定理
余弦定理
公
式
eq \f(a,sin A)= eq \f(b,sin B) = eq \f(c,sin C) =2R
a2= b2+c2-2bccos A ;
b2= c2+a2-2cacos B ;
c2= a2+b2-2abcos C
常
见
变
形
(1)a=2Rsin A,b= 2Rsin B ,c= 2Rsin C ;
(2)sin A=eq \f(a,2R),sin B= eq \f(b,2R) ,sin C=eq \f(c,2R);
(3)a∶b∶c= sin A∶sin B∶sin C ;
(4)asin B=bsin A,bsin C=csin B,asin C=csin A
cos A= eq \f(b2+c2-a2,2bc) ;
cos B= eq \f(c2+a2-b2,2ac) ;
cos C= eq \f(a2+b2-c2,2ab)
2.S△ABC=eq \f(1,2)absin C=eq \f(1,2)bcsin A=eq \f(1,2)acsin B=eq \f(abc,4R)=eq \f(1,2)(a+b+c)·r(r是三角形内切圆的半径),并可由此计算R,r.
3.在△ABC中,已知a,b和A时,解的情况如下
A为锐角
A为钝角或直角
图形
关系式
a=bsin A
bsin A<a<b
a≥b
a>b
a≤b
解的个数
一解
两解
一解
一解
无解
在△ABC中,常有以下结论
(1)∠A+∠B+∠C=π.
(2)在三角形中大边对大角,大角对大边.
(3)任意两边之和大于第三边,任意两边之差小于第三边.
(4)sin(A+B)=sin C;cos(A+B)=-cos C;tan(A+B)=-tan C;sineq \f(A+B,2)=coseq \f(C,2);coseq \f(A+B,2)=sineq \f(C,2).
(5)tan A+tan B+tan C=tan A·tan B·tan C.
(6)∠A>∠B⇔a>b⇔sin A>sin B⇔cos A<cos
B.
4.解三角形在实际问题中的应用
(1)常见的几种题型
测量距离问题、测量高度问题、测量角度问题、计算面积问题、航海问题、物理问题等.
(2)实际应用中的常用术语
术语
名称
术语意义
图形表示
仰角与
俯角
在目标视线与水平视线所成的角中,目标视线在水平视线 上方 的叫做仰角,目标视线在水平视线 下方 的叫做俯角
方位角
从某点的正北方向线起按 顺时针 方向到目标方向线之间的水平夹角叫做方位角,方位角的范围是( 0°,360° )
方向角
正北或正南方向线与目标方向线所成的锐角,通常表达为北(南)偏东(西)××度
坡角
坡面与水平面的夹角
设坡角为α,坡度为i,则i=eq \f(h,l)=tan α
坡度
坡面的垂直高度h和水平宽度l的比
[自主诊断]
[思考辨析]
判断下列说法是否正确,正确的在它后面的括号里打“√”,错误的打“×”.
(1)三角形中三边之比等于相应的三个内角之比.( )
(2)在△ABC中,若sin A>sin B,则A>B.( )
(3)在△ABC的六个元素中,已知任意三个元素可求其他元素.( )
(4)俯角是铅垂线与视线所成的角,其范围为eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(0,\f(π,2))).( )
(5)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.( )
(6)方位角大小的范围是[0,2π),方向角大小的范围一般是eq \b\lc\[\rc\)(\a\vs4\al\co1(0,\f(π,2))).( )
答案:(1)× (2)√ (3)× (4)× (5)√ (6)√
[小题查验]
1.在△ABC中,cos C=eq \f(2,3),AC=4,BC=3,则cos B=( )
A.eq \f(1,9)
B.eq \f(1,3)
C.eq \f(1,2)
D.eq \f(2,3)
解析:A [如图,由余弦定理可知:cos C=eq \f(2,3)
=eq \f(BC2+AC2-AB2,2BC·AC)
=eq \f(32+42-AB2,2×3×4),
可得AB=3,又由余弦定理可知:
cos B=eq \f(AB2+BC2-AC2,2AB·BC)=eq \f(32+32-42,2×3×3)=eq \f(1,9).]
2.(2025·全国二卷)在△ABC中,BC=2,AC=1+eq \r(3),AB=eq \r(6),则A=( )
A.45°
B.60°
C.120°
D.135°
解析:A [cos A=eq \f(AB2+AC2-BC2,2AB·AC)=eq \f(6+4+2\r(3)-4,2\r(6)1+\r(3))=eq \f(2\r(3)1+\r(3),2\r(6)1+\r(3))=eq \f(\r(2),2),又0°<A<180°,故A=45°.]
3.(2025·南昌二模)在△ABC中,内角A,B,C的对边分别是a,b,c,若acos B-bcos A=c,且C=eq \f(π,5),则B=( )
A.eq \f(π,10)
B.eq \f(π,5)
C.eq \f(3π,10)
D.eq \f(2π,5)
解析:C [由题意结合正弦定理可得sin Acos B-sin Bcos A=sin C,
即sin Acos B-sin Bcos A=sin(A+B)
=sin Acos B+sin Bcos A,
整理可得sin Bcos A=0,由于B∈(0,π),
故sin B>0,
据此可得cos A=0,A=eq \f(π,2),
则B=π-A-C=π-eq \f(π,2)-eq \f(π,5)=eq \f(3π,10).]
4.(2025·重庆质检)在△ABC中,角A,B,C所对的边分别为a=4,b=5,c=6,则sin A=____________.
解析:cos A=eq \f(b2+c2-a2,2bc)=eq \f(25+36-16,2×5×6)=eq \f(3,4),
∴sin A=eq \r(1-cos2A)=eq \f(\r(7),4).
答案:eq \f(\r(7),4)
5.(2025·天津卷)在△ABC中,角A,B,C的对边分别为a,b,c.已知asin B=eq \r(3)bcos A,c-2b=1,a=eq \r(7).
(Ⅰ)求A的值;
(Ⅱ)求c的值;
(Ⅲ)求sin(A+2B)的值.
解:(1)在△ABC中,由正弦定理及已知得sin Asin B=eq \r(3)sin Bcos A,
sin A=eq \r(3)cos A,tan A=eq \r(3),A=eq \f(π,3).
(2)由c-2b=1得b=eq \f(c-1,2),由余弦定理a2=b2+c2-2bc cos A得(eq \r(7))2=c2+eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(c-1,2)))2-2ceq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(c-1,2)))coseq \f(π,3),即3c2+1=28,解之得c=3,b=1.
(3)由余弦定理得cos B=eq \f(a2+c2-b2,2ac)=eq \f(\r(7)2+32-12,2\r(7)×3)=eq \f(5\r(7),14),sin B=eq \r(1-\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(5\r(7),14)))2)=eq \f(\r(21),14),sin(A+2B)=sin Acos 2B+cos Asin 2B=sin A(2cos2 B-1)+2cos Acos Bsin B=eq \f(\r(3),2)×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(5\r(7),14)))2-1))+2×eq \f(1,2)×eq \f(\r(21),14)×eq \f(5\r(7),14)=eq \f(4\r(3),7).
考点一 正、余弦定理的应用(自主练透)
[题组集训]
1.(2025·济南外国语学校质检)在△ABC中,已知B=120°,AC=eq \r(19),AB=2,则BC=( )
A.1
B.eq \r(2)
C.eq \r(5)
D.3
解析:D [cos 120°=eq \f(a2+c2-b2,2ac)⇒
-eq \f(1,2)=eq \f(a2+4-19,2·a·2)⇒a2+2a-15=0,
利用十字叉乘法⇒(a-3)(a+5)=0,解得a=3.]
2.(2024·全国甲卷(理))记△ABC的内角A,B,C的对边分别为a,b,c,已知B=60°,b2=eq \f(9,4)ac,则sin A+sin C=( )
A.eq \f(2\r(39),13)
B.eq \f(\r(39),13)
C.eq \f(\r(7),2)
D.eq \f(3\r(13),13)
解析:C [因为B=eq \f(π,3),b2=eq \f(9,4)ac,所以sin2 B=eq \f(9,4)sin Asin C,sin Asin C=eq \f(4,9)×eq \f(3,4)=eq \f(1,3),由余弦定理可得:b2=a2+c2-ac=eq \f(9,4)ac,即a2+c2=eq \f(13,4)ac,sin2A+sin2C=eq \f(13,4)sin Asin C=eq \f(13,12),所以(sin A+sin C)2=sin2A+sin2C+2sin Asin C=eq \f(13,12)+eq \f(2,3)=eq \f(7,4),sin A+sin C=eq \f(\r(7),2).]
3.(2025·山东外国语学校质检)在△ABC中,角A,B,C所对的边分别是a,b,c.已知a=eq \r(39),b=2,∠A=120°.
(1)求sin B的值;
(2)求c的值;
(3)求sin(B-C)的值.
解:(1)由正弦定理可得,eq \f(a,sin A)=eq \f(b,sin B),即eq \f(\r(39),sin 120°)=eq \f(2,sin B),解得sin B=eq \f(\r(13),13).
(2)由余弦定理可得,a2=b2+c2-2bccos A,
即39=4+c2-2×2×c×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(1,2))),
解得c=5或c=-7(舍去).所以c=5.
(3)由正弦定理可得,eq \f(a,sin A)=eq \f(c,sin C),
即eq \f(\r(39),sin 120°)=eq \f(5,sin C),解得sin C=eq \f(5\r(13),26),而A=120°,
所以B,C都为锐角,因此cos C=eq \r(1-\f(25,52))=eq \f(3\r(39),26),cos B=eq \r(1-\f(1,13))=eq \f(2\r(39),13),故sin(B-C)=sin Bcos C-cos Bsin C=eq \f(\r(13),13)×eq \f(3\r(39),26)-eq \f(2\r(39),13)×eq \f(5\r(13),26)=-eq \f(7\r(3),26).
(1)在解有关三角形的题目时,要有意识地考虑用哪个定理更适合,或是两个定理都要用,要抓住能够利用某个定理的信息,一般地,如果式子中含有角的余弦或边的二次式,要考虑用余弦定理;如果遇到的式子中含有角的正弦或边的一次式时,则考虑用正弦定理;以上特征都不明显时,则要考虑两个定理都有可能用到.
(2)解题中注意三角形内角和定理的应用及角的范围限制.
考点二 利用正弦、余弦定理判定三角形的形状(子母变式)
[母题] 设△ABC的内角A,B,C所对的边分别为a,b,c,若bcos C+ccos B=asin A,则△ABC的形状为( )
A.锐角三角形
B.直角三角形
C.钝角三角形
D.不确定
[解析] B [∵bcos C+ccos B=asin A,由正弦定理得sin Bcos C+sin Ccos B=sin2A,∴sin(B+C)=sin2A,即sin A=sin2A.又sin A>0,∴sin A=1,∴A=eq \f(π,2),故△ABC为直角三角形.]
[子题1] 本例条件不变,若eq \f(a,b)=eq \f(cos B,cos A),判断△ABC的形状.
解:由eq \f(a,b)=eq \f(cos B,cos A),得eq \f(sin A,sin B)=eq \f(cos B,cos A),
∴sin Acos A=cos Bsin B,∴sin 2A=sin 2B.
∵A、B为△ABC的内角,
∴2A=2B或2A=π-2B,
∴A=B或A+B=eq \f(π,2),
∴△ABC为等腰三角形或直角三角形.
[子题2] 本例条件不变,若a=2bcos C,判断△ABC的形状.
解:法一:因为a=2bcos C,所以由余弦定理得a=2b·eq \f(a2+b2-c2,2ab),整理得b2=c2,则此三角形一定是等腰三角形.
法二:∵sin A=2sin Bcos C,
∴sin (B+C)=2sin Bcos C,
∴sin(B-C)=0.
∵-π<B-C<π,
∴B-C=0,B=C,则此三角形定是等腰三角形.
[子题3] 本例条件不变,若eq \f(c,b)<cos A,判断△ABC的形状.
解:依题意得eq \f(sin C,sin B)<cos A,sin C<sin Bcos A,
所以sin(A+B)<sin Bcos A.
即sin Bcos A+cos Bsin A-sin Bcos A<0.
所以cos Bsin A<0.又sin A>0,于是有cos B<0,
B为钝角,所以△ABC是钝角三角形.
判定三角形形状的两种常用途径
(1)通过正弦定理和余弦定理,化边为角,利用三角变换得出三角形内角之间的关系进行判断.
(2)利用正弦定理、余弦定理化角为边,通过代数恒等变换,求出边与边之间的关系进行判断.
提醒:在判断三角形形状时一定要注意解是否唯一,并注重挖掘隐含条件.另外,在变形过程中要注意角A,B,C的范围对三角函数值的影响.
考点三 与三角形面积有关的问题(师生共研)
[典例] (2024·北京卷)在△ABC中,内角A,B,C的对边分别为a,b,c,∠A为钝角,a=7,sin 2B=eq \f(\r(3),7)bcos B.
(1)求∠A;
(2)再从条件①、条件②、条件③这三个条件中选择一个作为已知,使得△ABC存在,求△ABC的面积.
条件①:b=7;条件②:cos B=eq \f(13,14);条件③:csin A=eq \f(5,2)
eq \r(3).
注:如果选择条件①、条件②和条件③分别解答,按第一个解答计分.
解:(1)由题意得2sin Bcos B=eq \f(\r(3),7)bcos B,
因为A为钝角,
则cos B≠0,则2sin B=eq \f(\r(3),7)b,则eq \f(b,sin B)=eq \f(2,\f(\r(3),7))=eq \f(a,sin A)=eq \f(7,sin A),解得sin A=eq \f(\r(3),2),
因为A为钝角,则A=eq \f(2π,3),
(2)选择①b=7,又a=7,则sin B=eq \f(\r(3),14)b=eq \f(\r(3),14)×7
=eq \f(\r(3),2),因为A=eq \f(2π,3),则B为锐角,则B=eq \f(π,3),
此时A+B=π,不合题意,舍弃;
选择②cos B=eq \f(13,14),因为B为三角形内角,
则sin B=eq \r(1-\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(13,14)))2)=eq \f(3\r(3),14),
则代入2sin B=eq \f(\r(3),7)b,得2×eq \f(3\r(3),14)=eq \f(\r(3),7)b,解得b=3,
sin C=sin(A+B)=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2π,3)+B))
=sineq \f(2π,3)cos B+cos eq \f(2π,3)sin B
=eq \f(\r(3),2)×eq \f(13,14)+eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(1,2)))×eq \f(3\r(3),14)=eq \f(5\r(3),14),
则S△ABC=eq \f(1,2)absin C=eq \f(1,2)×7×3×eq \f(5\r(3),14)=eq \f(15\r(3),4).
选择③csin A=eq \f(5,2)
eq \r(3),则有c×eq \f(\r(3),2)=eq \f(5,2)
eq \r(3),解得c=5,
则由正弦定理得eq \f(a,sin A)=eq \f(c,sin C),即eq \f(7,\f(\r(3),2))=eq \f(5,sin C),解得sin C=eq \f(5\r(3),14),
因为C为三角形内角,则cos C=eq \r(1-\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(5\r(3),14)))2)=eq \f(11,14),
则sin B=sin(A+C)=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2π,3)+C))
=sineq \f(2π,3)cos C+coseq \f(2π,3)sin C
=eq \f(\r(3),2)×eq \f(11,14)+eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(1,2)))×eq \f(5\r(3),14)=eq \f(3\r(3),14),
则S△ABC=eq \f(1,2)acsin B=eq \f(1,2)×7×5×eq \f(3\r(3),14)=eq \f(15\r(3),4).
三角形面积公式的应用原则
(1)对于面积公式S=eq \f(1,2)absin C=eq \f(1,2)acsin B=eq \f(1,2)bcsin A,一般是已知哪一个角就使用哪一个公式.
(2)与面积有关的问题,一般要用到正弦定理或余弦定理进行边和角的转化.
[跟踪训练]
(多选题)(2025·山东押题密卷)在△ABC中,内角A,B,C的对边分别为a,b,c,已知asin B+bcos A=c,且sin A+eq \r(3)cos A=2tan B,则下列结论中正确的是( )
A.A=eq \f(π,6)
B.B=eq \f(π,4)
C.sin C=eq \f(\r(6)+\r(2),4)
D.若a=2,则△ABC的面积为eq \r(3)
解析:ABC [由asin B+bcos A=c,可得sin Asin B+sin Bcos A=sin C,即sin Asin B+sin Bcos A=sin(A+B),
所以sin Asin B+sin Bcos A=sin Acos B+cos Asin B,
即sin Asin B=sin Acos B,因为A∈(0,π),
所以sin A≠0,所以sin B=cos B,即tan B=1,
又B∈(0,π),所以B=eq \f(π,4),故选项B正确;
因为sin A+eq \r(3)cos A=2tan B,所以sin A+eq \r(3)cos A=2,
所以2sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(A+\f(π,3)))=2,即sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(A+\f(π,3)))=1,
因为A∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0,\f(3π,4))),所以A+eq \f(π,3)∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,3),\f(13π,12))),
则A+eq \f(π,3)=eq \f(π,2),解得A=eq \f(π,6),故选项A正确;
因为A=eq \f(π,6),B=eq \f(π,4),
所以sin C=sin(A+B)=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,6)+\f(π,4)))=sineq \f(π,6)coseq \f(π,4)+coseq \f(π,6)sin eq \f(π,4)=eq \f(\r(2),2)×eq \f(1,2)+eq \f(\r(2),2)×eq \f(\r(3),2)=eq \f(\r(6)+\r(2),4),故选项C正确;
若a=2,则由正弦定理,可得b=eq \f(asin B,sin A)=eq \f(2×\f(\r(2),2),\f(1,2))=2eq \r(2),
所以S△ABC=eq \f(1,2)absin C=eq \f(1,2)×2×2eq \r(2)×eq \f(\r(6)+\r(2),4)=eq \f(2\r(2)×\r(6)+\r(2),4)=eq \r(3)+1,故选项D错误.]
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