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重难突破2 三角形的特殊线段问题
专题一 三角函数与解三角形、平面向量
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专题一 三角函数与解三角形、平面向量
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命题点1 三角形中的等分线段问题
[例1] (2025·河北秦皇岛一模)记△ABC的内角A,B,C的对边分别为a,b,c,且sin C=sin +1.
(1)求B;
(2)若△ABC的面积为,b=2,求AC边上的中线长.
[解析] (1)已知sin C=sin +1.
根据诱导公式,可得sin =cos B,
则原式变为sin C=cos B+1.
由正弦定理可得b=2R sin B,c=2R sin C,代入上式可得×sin C=cos B+1,化简得sin B=cos B+1.
将等式变形为sin B-cos B=1,
根据辅助角公式可得2=1,
即2sin =1,所以sin =.
因为0<B<π,所以-<B-<,则B-=,解得B=.
(2)已知△ABC的面积为,B=,
根据三角形面积公式S△ABC=ac sin B,
可得ac sin =,即ac×=,解得ac=2.
由余弦定理b2=a2+c2-2ac cos B,已知b=2,B=,
可得22=a2+c2-2×2×cos ,即4=a2+c2-2,解得a2+c2=6.
设AC中点为D,则=(+),
两边平方可得2=(2+2+2·).
可得2=(c2+a2+2ac cos B)
==(6+2)=2,
所以||=,即AC边上的中线长为.
(1)中线长定理:如图,在△ABC中,AD是边BC上的中线,则AB2+AC2=2(BD2+AD2).
推导过程:在△ABD中,
cos B= ①,
在△ABC中,cos B= ②.
联立①②可得AB2+AC2=2(BD2+AD2).
(2)向量法:2=(b2+c2+2bc cos A).
推导过程:由=,得2==2+2+||·||cos A,所以2=(当D为其他等分点时,也可仿照此法来解题).
[预测练1]
在△ABC中,已知内角A,B,C的对边分别为a,b,c,且△ABC的面积为,点D是线段BC上靠近点B的一个三等分点,AD=1.
(1)若∠ADC=,求c;
(2)若b2+4c2=11,求sin ∠BAC的值.
解析 (1)由题可得CD=2BD,故S△ACD=S△ABC=,
又S△ACD=AD·CD·sin ∠ADC,即×1×CD×=,
∴CD=,即BD=.
在△ABD中,根据余弦定理得
AB2=BD2+AD2-2AD·BD·cos ∠ADB,
即AB2=+1+2×1××,∴AB=,即c=.
(2)∵CD=2BD,∴=+,∴2=2+2+·,
即1=++bc·cos ∠BAC,
又b2+4c2=11,∴bc·cos ∠BAC=- ①,
又bc·sin ∠BAC= ②,
由①②得tan ∠BAC=-4,∴sin ∠BAC=.
命题点2 三角形中的角平分线问题
[例2] (2025·山西吕梁一模)如图,已知三角形ABC的内角A,B,C的对边分别为a,b,c,且a cos B+b cos A=2c cos A.
(1)求∠BAC的大小;
(2)若b=4,c=6,设AD为三角形ABC的角平分线,求AD的长.
[解析] (1)由a cos B+b cos A=2c cos A得sin A cos B+sin B cos A=2sin C cos A,
又因为sin A cos B+sin B cos A=sin (A+B)=sin C,
所以2sin C cos A=sin C,
又因为C∈(0,π),sin C>0,所以cos A=,
又因为A∈(0,π),所以A=,即∠BAC=.
(2)因为S△BAD+S△DAC=S△BAC,
所以AB×AD sin ∠BAD+AD×AC sin ∠DAC
=AB×AC sin ∠BAC,
又因为AB=c=6,AC=b=4,∠BAD=∠DAC=∠BAC=,
所以6AD×+4AD×=6×4×,所以AD=.
如图,在△ABC中,AD平分∠BAC,角A,B,C所对的边分别为a,b,c.
(1)利用角度的倍数关系:∠BAC=2∠BAD=2∠CAD.
(2)内角平分线定理:AD为△ABC的内角∠BAC的角平分线,
则=.
(3)等面积法:因为S△ABD+S△ACD=S△ABC,所以c·AD sin +b·AD sin =bc sin A,所以(b+c)AD=2bc cos ,整理得AD=(角平分线长公式).
[预测练2]
(2025·广东湛江一模)在△ABC中,内角A,B,C的对边分别是a,b,c,且a sin B+b cos ∠BAC=b,D为BC边上的点,且AD平分∠BAC.
(1)求∠BAC的大小;
(2)若AD=,a=7,求△ABC的周长.
解析 (1)由正弦定理得sin ∠BAC sin B+sin B cos ∠BAC=sin B.
又因为sin B≠0,所以sin ∠BAC+cos ∠BAC=1,
所以sin =,
∴∠BAC+=+2kπ或∠BAC+=+2kπ,k∈Z,
∴∠BAC=2kπ或∠BAC=+2kπ,k∈Z.
又∵∠BAC∈(0,π),∴∠BAC=.
(2)∵AD平分∠BAC,
∴∠BAD=∠CAD=,
∵S△ABC=S△ABD+S△ADC,
所以bc sin ∠BAC=AD·c sin ∠BAD+AD·b sin ∠CAD,
bc sin =×c·sin +×b·sin ,
所以bc=(b+c)×,
即bc=(b+c). ①
由余弦定理得72=b2+c2-2bc·cos ,
即49=(b+c)2-bc. ②
将①代入②得8(b+c)2-15(b+c)-8×49=0,
所以b+c=8或b+c=-(舍去),
所以△ABC的周长为a+b+c=7+8=15.
命题点3 三角形中的垂线问题
[例3] (2025·江西上饶一模)已知△ABC的内角A,B,C的对边分别为a,b,c,b=2.
(1)求A;
(2)若b=3,BC边上的高为,求△ABC的周长.
[解析] (1)由b=2⇒
b=b-a sin B,所以b cos =a sin B.
由正弦定理可得sin B cos =sin A sin B,因为sin B≠0,
所以cos =sin A.
所以tan A=,又A∈(0,π),所以A=.
(2)因为b=3,BC边上的高为,
所以b sin C=⇒sin C=.
根据正弦定理=⇒=⇒a=c.
由余弦定理a2=b2+c2-2bc cos A⇒a2=9+c2-3c,
所以c2=9+c2-3c⇒c=2或c=-6(舍去),所以a=.
所以△ABC的周长为a+b+c=+3+2=5+.
(1)若h1,h2,h3分别为△ABC的边a,b,c上的高,则h1∶h2∶h3=∶∶=∶∶.
(2)求高一般采用等面积法,即求某边上的高,需要求出面积和底边长度.
[预测练3]
在△ABC中,内角A,B,C的对边分别为a,b,c,且=sin A tan .
(1)求C;
(2)若a=8,b=5,CH是边AB上的高,且=m+n,求.
解析 (1)由题意及正弦定理,
得=,所以=.
又因为A,C为△ABC的内角,所以sin A≠0,cos ≠0.
所以sin2=,sin=,又C∈(0,π),∈,
所以=,C=.
(2)方法一 由题意知CH⊥AB,所以·=0,
所以·=0,
即(m-n)·-m2+n2=0(*),
又a=8,b=5,所以·=5×8×cos =20,
2=25,2=64,
将上述数据代入(*)式得20(m-n)-25m+64n=0,
所以5m=44n,所以=.
方法二 △ABC中,由余弦定理得c2=a2+b2-2ab cos C=82+52-2×8×5×=49,所以c=7.
又因为S△ABC=ab sin C=c·CH,
所以CH===.
所以AH==,=.
所以=+=+
=+.
又=m+n,
由平面向量基本定理知,m=,n=,
所以=.
$