内容正文:
微专题4 三角中的最值、范围
近几年高考:以三角函数、三角形为背景的最值及范围问题是高考的热点,常用的方法主要有:函数的性质(如有界性、单调性)、基本不等式、数形结合等.
一、高考真题
1.(2022·新高考Ⅰ卷)记△ABC的内角A,B,C的对边分别为a,b,c,已知=.
(1)若C=,求B;
(2)求的最小值.
二.典型例题
1.三角函数式的最值或范围
例1 (2025·吉林松原·模拟预测)已知向量,其中.
(1)若,求图象的对称轴;
(2)记的最小正周期为,将的图象向左平移个单位长度得到的图象,若在区间上单调递增,求的取值范围;
(3)已知为锐角三角形,内角的对边分别为,若,求的取值范围.
训练1 (2025·湖北·模拟预测)已知分别为锐角三个内角的对边,满足.
(1)求角的大小;
(2)若的面积,求的取值范围.
2.三角形中有关量的最值或范围
(1)、三角形面积的最值或范围
例2 (2025·郑州调研)在△ABC中,内角A,B,C所对的边分别为a,b,c,
已知b-ccos A=2acos Bcos C,其中C≠.
(1)求角B的大小;
(2)若b2+3c2=12-5ac,求△ABC面积的最大值.
(2)、与三角形周长或边长相关的最值或范围
例3 (2025·济宁模拟)在锐角△ABC中,内角A,B,C的对边分别为a,b,c,(acos C+ccos A)=
2bsin B.
(1)求角B的值;
(2)若b=2,求a2+c2的取值范围.
(3)、与三角形的角或三角函数值相关的最值或范围
例4 (2025·武汉调研)在△ABC中,内角A,B,C所对的边分别为a,b,c.若2a+bcos A-c=btan Bsin A.
(1)求B;
(2)若△ABC为锐角三角形,求的取值范围.
训练2 (2025·杭州模拟)在△ABC中,内角A,B,C的对边分别为a,b,c,且acos(B-C)+acos A-2csin Bcos A=0.
(1)求A;
(2)若△ABC外接圆的直径为2,求2c-b的取值范围.
【精准强化练习4】
1.(2025·安庆质检)已知函数f(x)=2sin x·.
(1)求f(x)的最小正周期;
(2)求f(x)在上的最大值,并求此时x的值.
2.(2025·汕头调研)在△ABC中,内角A,B,C的对边分别为a,b,c,asin B-bcos A=b.
(1)求角A的大小;
(2)若a=2,求△ABC面积的最大值.
3.(2025·邢台质检)在锐角△ABC中,内角A,B,C的对边分别为a,b,c,已知2asin C-c=0.
(1)求A;
(2)求4sin B-4sin C的取值范围.
4.(2025·衡阳模拟)在△ABC中,内角A,B,C的对边分别为a,b,c,已知S为△ABC的面积且4S+3(b2-a2)=3c2.
(1)若b=2,求△ABC外接圆的半径R;
(2)若△ABC为锐角三角形,求的取值范围.
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微专题4 三角中的最值、范围
近几年高考:以三角函数、三角形为背景的最值及范围问题是高考的热点,常用的方法主要有:函数的性质(如有界性、单调性)、基本不等式、数形结合等.
一、高考真题
1.(2022·新高考Ⅰ卷)记△ABC的内角A,B,C的对边分别为a,b,c,已知=.
(1)若C=,求B;
(2)求的最小值.
解 (1)因为=,
所以=,
所以=,
所以cos Acos B=sin B+sin Asin B,
所以cos(A+B)=sin B,
所以sin B=-cos C=-=.
因为B∈,所以B=.
(2)由(1)得cos(A+B)=sin B,
所以=sin B,
且0<A+B<,
所以0<B<,0<-(A+B)<,
所以-(A+B)=B,
解得A=-2B,
由正弦定理得=
==
==
=
=4cos 2B+-5
≥2-5=4-5,
当且仅当cos 2B=时取等号,
所以的最小值为4-5.
二.典型例题
1.三角函数式的最值或范围
例1 (2025·吉林松原·模拟预测)已知向量,其中.
(1)若,求图象的对称轴;
(2)记的最小正周期为,将的图象向左平移个单位长度得到的图象,若在区间上单调递增,求的取值范围;
(3)已知为锐角三角形,内角的对边分别为,若,求的取值范围.
解(1)
,
当时,.
令,得,
所以图象的对称轴为.
(2)由(1),得,
所以,
因为将的图象向左平移个单位长度得到的图象,所以.
因为,所以,
又函数在区间上单调递增,
所以,
即,解得
所以,即
又,所以,即的取值范围是.
(3)由,得,
又,所以,
又为锐角三角形,所以,
所以,解得.
由余弦定理,得,
所以,
所以.
由正弦定理,得,
所以,
因为为锐角三角形,所以,所以,
故的取值范围为,
所以的取值范围为.
所以的取值范围是.
训练1.(2025·湖北·模拟预测)已知分别为锐角三个内角的对边,满足.
(1)求角的大小;
(2)若的面积,求的取值范围.
解 (1),
由正弦定理得:,
因为在中,
所以,
又因为,可得,即,
又因为在锐角中,
可得;
(2)因为,可得,
由正弦定理得,
又,
所以,
在锐角中
所以,
,
,
所以的取值范围为
2.三角形中有关量的最值或范围
(1)、三角形面积的最值或范围
例2 (2025·郑州调研)在△ABC中,内角A,B,C所对的边分别为a,b,c,
已知b-ccos A=2acos Bcos C,其中C≠.
(1)求角B的大小;
(2)若b2+3c2=12-5ac,求△ABC面积的最大值.
解 (1)法一(角化边)
由b-ccos A=2acos Bcos C及余弦定理得
b-c·
=2acos B·,
即=2cos B·,
因为C≠,所以≠0,
所以cos B=,
又0<B<π,所以B=.
法二(边化角) 由b-ccos A=2acos Bcos C及正弦定理得
sin B-sin Ccos A=2sin Acos Bcos C,
即sin(A+C)-sin Ccos A=2sin Acos Bcos C,
所以sin Acos C=2sin Acos Bcos C,
因为C≠,所以cos C≠0,
又sin A>0,所以cos B=,
又0<B<π,所以B=.
法三(射影定理) 由射影定理可得b=acos C+ccos A,
则acos C+ccos A-ccos A=acos C
=2acos Bcos C,
又C≠,可得cos B=,
又0<B<π,所以B=.
(2)由(1)及余弦定理知
cos B==,
所以a2+c2-b2=ac,
又b2+3c2=12-5ac,
所以a2+c2-(12-3c2-5ac)=ac,
化简得a2+4ac+4c2=(a+2c)2=12,
因为a>0,c>0,所以a+2c=2.
因为≥a·2c,
当且仅当a=2c=,
即a=,c=时取等号,所以ac≤,
所以△ABC的面积S=acsin B=ac≤,即△ABC面积的最大值为.
(2)、与三角形周长或边长相关的最值或范围
例3 (2025·济宁模拟)在锐角△ABC中,内角A,B,C的对边分别为a,b,c,(acos C+ccos A)=
2bsin B.
(1)求角B的值;
(2)若b=2,求a2+c2的取值范围.
解 (1)因为(acos C+ccos A)=2bsin B,
所以由正弦定理可得(sin Acos C+sin Ccos A)=2sin Bsin B,
所以A+C)=B=2sin Bsin B,
又sin B≠0,所以sin B=,
又B为锐角,则B=.
(2)由正弦定理得====4,
则a=4sin A,c=4sin C,
所以a2+c2=16sin 2A+16sin 2C
=8(1-cos 2A)+8(1-cos 2C)
=16-8cos 2A-8cos 2C
=16-8cos 2A-8
=16-8cos 2A-8
=16+42A-4cos 2A
=16+8,
因为△ABC是锐角三角形,
所以
解得<A<,
所以<2A-<,
则<≤1,
20<16+8≤24,
所以a2+c2的取值范围为(20,24].
(3)、与三角形的角或三角函数值相关的最值或范围
例4 (2025·武汉调研)在△ABC中,内角A,B,C所对的边分别为a,b,c.若2a+bcos A-c=btan Bsin A.
(1)求B;
(2)若△ABC为锐角三角形,求的取值范围.
解 (1)因为2a+bcos A-c=btan Bsin A,
所以=tan Bsin A-cos A==-=,
所以2acos B-ccos B=bcos C,
即2acos B=bcos C+ccos B,
由正弦定理得2sin Acos B=sin Bcos C+cos Bsin C=sin(B+C)=sin A,
因为0<A<π,所以sin A≠0,cos B=,
又0<B<π,所以B=.
(2)因为△ABC为锐角三角形,B=,
所以0<C<,且0<-C<,
所以C∈.
法一 ==×+=·+=·+,
因为C∈,所以∈,
又tan =tan ==2-,
tan ∈(2-,1),
所以·+∈,
即.
法二 ==×+=·+=·+,
因为C∈,
所以cos C∈,
得∈,
所以·+∈,
即.
训练2 (2025·杭州模拟)在△ABC中,内角A,B,C的对边分别为a,b,c,且acos(B-C)+acos A-2csin Bcos A=0.
(1)求A;
(2)若△ABC外接圆的直径为2,求2c-b的取值范围.
解 (1)由A+B+C=π可得A=π-(B+C),
所以cos A=-cos(B+C),
所以acos(B-C)-acos(B+C)=2csin Bcos A,
acos Bcos C+asin Bsin C-acos Bcos C+asin Bsin C=2csin Bcos A,
整理可得asin Bsin C=csin Bcos A,
由正弦定理可得
sin Asin Bsin C=Csin Bcos A,
因为sin C≠0,sin B≠0,
所以tan A=,
而A∈(0,π),所以A=.
(2)设△ABC外接圆的半径为R,而圆的直径为2,所以2R=2.
由正弦定理可得==2R=2,A=,
所以b=2B,
c=2C=2,
故2c-b=4-2B=6cos B,
因为B∈,所以cos B∈,
所以2c-b∈(-3,6),
所以2c-b的取值范围为(-3,6).
【精准强化练习4】
1.(2025·安庆质检)已知函数f(x)=2sin x·.
(1)求f(x)的最小正周期;
(2)求f(x)在上的最大值,并求此时x的值.
解 (1)f(x)=2sin x·
=2sin x
=3sin xcos x+2x
=2x-2x+
=+,
因此,函数f(x)的最小正周期T==π.
(2)当x∈时,2x-∈,
所以2x-=,即x=时,
函数f(x)在上取得最大值,为+=.
2.(2025·汕头调研)在△ABC中,内角A,B,C的对边分别为a,b,c,asin B-bcos A=b.
(1)求角A的大小;
(2)若a=2,求△ABC面积的最大值.
解 (1)由正弦定理及题意得
Asin B-sin Bcos A=sin B,
又sin B≠0,所以A-cos A=1,
所以A-A=,
即=.
因为A∈(0,π),所以A-∈,
所以A-=,即A=.
(2)由余弦定理得a2=b2+c2-2bccos A,
所以4=b2+c2-bc≥2bc-bc=bc,即bc≤4,
当且仅当b=c=2时,等号成立,
所以S△ABC=bcsin A≤×4×=,
所以△ABC面积的最大值为.
3.(2025·邢台质检)在锐角△ABC中,内角A,B,C的对边分别为a,b,c,已知2asin C-c=0.
(1)求A;
(2)求4sin B-4sin C的取值范围.
解 (1)由2asin C-c=0及正弦定理得2sin Asin C-C=0.
因为sin C≠0,所以sin A=.
因为△ABC为锐角三角形,所以A=.
(2)因为A=,所以B+C=π.
因为△ABC为锐角三角形,
所以<B<.
因为4sin B-4sin C=4sin B-4sin(A+B)
=2sin B-2B=4,
由B-∈,
得∈,
所以4sin B-4sin C∈(-2,2).
即4sin B-4sin C的取值范围为(-2,2).
4.(2025·衡阳模拟)在△ABC中,内角A,B,C的对边分别为a,b,c,已知S为△ABC的面积且4S+3(b2-a2)=3c2.
(1)若b=2,求△ABC外接圆的半径R;
(2)若△ABC为锐角三角形,求的取值范围.
解 (1)∵S为△ABC的面积,
且4S+3(b2-a2)=3c2,S=acsin B,
∴4×acsin B=3(c2+a2-b2)=3×2accos B,即tan B=,
∵0<B<π,∴B=.
∴2R==,解得R=.
(2)由(1)可知,B=,
∴====
=1+·+·,
∵△ABC为锐角三角形,
∴
解得<C<,
∴tan C>,∴0<<,
设t=,则=t2+t+1=+,
∴0<t<时,∈(1,7).
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$