内容正文:
第二编 主干知识突破
专题二 三角函数与解三角形
第2讲 解三角形
「考情研析」从近几年高考来看,正弦定理、余弦定理的综合问题可能作为轮考内容,考查方式以解三角形为主体,将三角恒等变换作为工具,计算三角形的基本量,也有可能将三角函数与解三角形相结合求解最值、范围问题.
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核心 知识回顾
目录
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真题VS押题
专题作业
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三角形中基本量计算的解题技巧
在处理三角形中的边、角关系时,一般全部化为角的关系或全部化为边的关系.若出现边的一次式,则一般采用正弦定理,若出现边的二次式,则一般采用余弦定理.应用正弦定理或余弦定理时,要注意公式变式的应用.解决三角形问题时,要注意角的限制范围.
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考向2 三角形的面积、周长问题
例2 (2025·河北石家庄一模)在△ABC中,角A,B,C的对边分别为a,b,c,a2-c2=b(2acos2A-b).
(1)求证:C=2A;
(2)若a=4,b=5,求△ABC的面积.
解:(1)证明:由题意,得a2+b2-c2=2abcos2A,
由余弦定理,得a2+b2-c2=2abcosC,所以cos2A=cosC,
因为A,C∈(0,π),2A∈(0,2π),
所以C=2A或2A+C=2π,
因为C<A+C<π,2A+C<2π,所以C=2A.
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1.三角形面积问题的常见类型
(1)求三角形的面积:一般要先利用正弦定理、余弦定理以及三角恒等变换等,求出角与边,再求面积.
(2)已知三角形的面积解三角形:常选用已知邻边求出其夹角,或利用已知角求出角的两边之间的关系,再解三角形.
(3)已知与三角形面积有关的关系式解三角形:常选用关系式中的角作为面积公式中的角,化为三角形的边角关系,再解三角形.
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2.与三角形周长有关问题的解题策略
(1)利用正弦定理、余弦定理解三角形,求出三角形的相关边、角之后,直接求三角形的周长.
(2)求三角形的周长,常利用余弦定理结合配方法处理,巧用整体代换思想.
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解决三角形中的最值或范围问题的两种方法
(1)将问题中所求式子表示为边的形式,利用基本不等式求得最值或范围.
(2)将问题中所求式子用三角形中某一个角的三角函数表示,利用三角函数的有界性、单调性,再结合角的范围确定最值或范围.
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专题作业
基础题(占比50%) 中档题(占比30%) 拔高题(占比20%)
题号 1 2 3 4 5 6
难度 ★ ★ ★ ★★ ★★ ★★★
对点 利用正、余弦定理证明三边的关系,求三角形的面积 利用正、余弦定理求角,求三角形周长的取值范围 利用正、余弦定理求角,求角的三角函数值 利用正、余弦定理求角,求式子的取值范围 利用正、余弦定理证明中点,求边长 利用正、余弦定理求角,求内切圆的半径,求边长和的最大值
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解:(1)证明:因为a+c+acosC+ccosA=3b,
由正弦定理,得sinA+sinC+sinAcosC+sinCcosA=3sinB,
所以sinA+sinC+sinB=3sinB,
所以sinA+sinC=2sinB,
由正弦定理,得a+c=2b.
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6.(2025·河南新乡二模)△ABC的内角A,B,C的对边分别为a,b,c,且sin2A+sin2C+cos2B+sin(π-A)sin(π+C)=1.
(1)求B;
(2)若a=2,c=3,求△ABC内切圆的半径;
(3)若M为△ABC的垂心,且点M在△ABC内,直线AM与BC交于点D,且BM=4,求AB+MD的最大值.
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R
(1)三角形中的三角函数关系
①sin(A+B)=sinC;
②cos(A+B)=-cosC;
③sineq \f(A+B,2)=coseq \f(C,2);
④coseq \f(A+B,2)=sineq \f(C,2).
(2)在△ABC中,两边之和大于第三边,两边之差小于第三边,A>B⇔a>b⇔sinA>sinB⇔cosA<cosB.
(3)三角形的面积公式(R,r分别为△ABC的外接圆、内切圆的半径,p为△ABC的半周长):S=eq \f(1,2)absinC=eq \f(1,2)bcsinA=eq \f(1,2)casinB=eq \f(abc,4R)=2R2sinAsinBsinC=eq \r(p(p-a)(p-b)(p-c))=pr.
考向1 利用正、余弦定理求边或角
例1 (2025·福建厦门一模)在△ABC中,角A,B,C所对的边分别为a,b,c,且acosC=(eq \r(2)b-c)cosA.
(1)求A;
(2)设D为边AB的中点,若c=2,且sin∠CDB=eq \f(3\r(10),10),求a.
解:(1)在△ABC中,
由acosC=(eq \r(2)b-c)cosA及正弦定理,得sinAcosC-eq \r(2)sinBcosA+sinCcosA=0,
即sin(A+C)-eq \r(2)sinBcosA=0,
即sinB-eq \r(2)sinBcosA=0,
因为B∈(0,π),sinB≠0,所以cosA=eq \f(\r(2),2),
又A∈(0,π),所以A=eq \f(π,4).
(2)依题意,得∠CDB+∠CDA=π,
则sin∠CDA=eq \f(3\r(10),10),cos∠CDA=eq \f(\r(10),10)或cos∠CDA=-eq \f(\r(10),10).
当cos∠CDA=eq \f(\r(10),10)时,
由∠ACD=π-∠CDA-∠BAC,
得sin∠ACD=sin(∠CDA+∠BAC)=eq \f(3\r(10),10)×eq \f(\r(2),2)+eq \f(\r(10),10)×eq \f(\r(2),2)=eq \f(2\r(5),5),
在△ACD中,由正弦定理,得eq \f(AD,sin∠ACD)=eq \f(AC,sin∠CDA),
则AC=eq \f(1×\f(3\r(10),10),\f(2\r(5),5))=eq \f(3\r(2),4),
在△ABC中,由余弦定理,得a2=b2+c2-2bccosA,
所以a=eq \r(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3\r(2),4)))\s\up12(2)+22-2×\f(3\r(2),4)×2×\f(\r(2),2))=eq \f(\r(34),4);
当cos∠CDA=-eq \f(\r(10),10)时,sin∠ACD=eq \f(3\r(10),10)×eq \f(\r(2),2)-eq \f(\r(10),10)×eq \f(\r(2),2)=eq \f(\r(5),5),
AC=eq \f(1×\f(3\r(10),10),\f(\r(5),5))=eq \f(3\r(2),2),
a=eq \r(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3\r(2),2)))\s\up12(2)+22-2×2×\f(3\r(2),2)×\f(\r(2),2))=eq \f(\r(10),2).
综上可得,a=eq \f(\r(34),4)或a=eq \f(\r(10),2).
(2025·山西太原一模)已知a,b,c分别是△ABC的内角A,B,C的对边,且(a+b)(a-b)=c(a-c).
(1)求B;
(2)若D是边AC上一点,且AD=2DC,cosC=eq \f(3,5),求tan∠CBD的值.
解:(1)由(a+b)(a-b)=c(a-c),得a2+c2-b2=ac,
由余弦定理,得cosB=eq \f(a2+c2-b2,2ac)=eq \f(1,2),
∵0°<B<180°,
∴B=60°.
(2)设∠CBD=α,∵cosC=eq \f(3,5),
∴sinC=eq \f(4,5),
∴sinA=sin(B+C)=sinBcosC+cosBsinC=eq \f(\r(3),2)×eq \f(3,5)+eq \f(1,2)×eq \f(4,5)=eq \f(3\r(3)+4,10),
在△ABD中,由正弦定理,得eq \f(AD,sin(60°-α))=eq \f(BD,sinA),
在△BCD中,由正弦定理,得eq \f(CD,sinα)=eq \f(BD,sinC),
∵AD=2DC,∴eq \f(sinC,sinA)=eq \f(2sinα,sin(60°-α))=eq \f(8,3\r(3)+4),
∴(3eq \r(3)+4)sinα=4sin(60°-α)=2eq \r(3)cosα-2sinα,
∴tan∠CBD=tanα=eq \f(4\r(3)-6,3).
(2)由正弦定理,得eq \f(c,sinC)=eq \f(a,sinA),
即eq \f(c,sin2A)=eq \f(a,sinA),所以cosA=eq \f(c,8),
由余弦定理,得cosA=eq \f(b2+c2-a2,2bc),代入上式,得eq \f(c,8)=eq \f(c2+9,10c),
解得c=6(c=-6舍去),
所以cosA=eq \f(3,4),故sinA=eq \f(\r(7),4),
故S△ABC=eq \f(1,2)bcsinA=eq \f(15\r(7),4).
(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eq \r(3)asinB+bcos∠BAC=b,D为BC边上的点,且AD平分∠BAC.
(1)求∠BAC的大小;
(2)若AD=eq \f(15,8),a=7,求△ABC的周长.
解:(1)由正弦定理,得eq \r(3)sin∠BACsinB+sinBcos∠BAC=sinB.
因为sinB≠0,所以eq \r(3)sin∠BAC+cos∠BAC=1,所以sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(∠BAC+\f(π,6)))=eq \f(1,2),
所以∠BAC+eq \f(π,6)=eq \f(π,6)+2kπ,k∈Z或∠BAC+eq \f(π,6)=eq \f(5π,6)+2kπ,k∈Z,
所以∠BAC=2kπ,k∈Z或∠BAC=eq \f(2π,3)+2kπ,k∈Z,
又∠BAC∈(0,π),所以∠BAC=eq \f(2π,3).
(2)因为AD平分∠BAC,所以∠BAD=∠CAD=eq \f(π,3),
因为S△ABC=S△ABD+S△ADC,
所以eq \f(1,2)bcsin∠BAC=eq \f(1,2)AD·csin∠BAD+eq \f(1,2)AD·bsin∠CAD,
即eq \f(1,2)bcsineq \f(2π,3)=eq \f(1,2)×eq \f(15,8)csineq \f(π,3)+eq \f(1,2)×eq \f(15,8)bsineq \f(π,3),
所以eq \f(\r(3),4)bc=eq \f(\r(3),4)(b+c)×eq \f(15,8),即bc=eq \f(15,8)(b+c).
①
由余弦定理,得72=b2+c2-2bccoseq \f(2π,3),
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=-eq \f(49,8)(舍去),
所以△ABC的周长为a+b+c=7+8=15.
考向3 最值、范围问题
例3 (2025·辽宁沈阳二模)在△ABC中,内角A,B,C的对边分别为a,b,c,且tanA+tanB=eq \f(2c2,a2+c2-b2).
(1)求角A的大小;
(2)若BC=2,求eq \o(AB,\s\up12(→))·eq \o(AC,\s\up12(→))的最大值.
解:(1)由余弦定理,得eq \f(2c2,a2+c2-b2)=eq \f(2c2,2accosB)=eq \f(c,acosB),
再由正弦定理,得eq \f(c,acosB)=eq \f(sinC,sinAcosB),
又tanA+tanB=eq \f(sinA,cosA)+eq \f(sinB,cosB)=eq \f(sinAcosB+sinBcosA,cosAcosB)=eq \f(sin(A+B),cosAcosB)=eq \f(sinC,cosAcosB),
所以eq \f(sinC,cosAcosB)=eq \f(sinC,sinAcosB),
在△ABC中,sinC>0,cosB≠0,
所以sinA=cosA,所以tanA=1,
又A∈(0,π),所以A=eq \f(π,4).
(2)由余弦定理,得a2=b2+c2-2bccosA=b2+c2-eq \r(2)bc=4,
即b2+c2=4+eq \r(2)bc,
所以4+eq \r(2)bc≥2bc,bc≤eq \f(4,2-\r(2)),当且仅当b=c时,等号成立.
所以eq \o(AB,\s\up12(→))·eq \o(AC,\s\up12(→))=cbcosA≤eq \f(4,2-\r(2))×eq \f(\r(2),2)=2eq \r(2)+2,当且仅当b=c时,等号成立.
所以eq \o(AB,\s\up12(→))·eq \o(AC,\s\up12(→))的最大值为2eq \r(2)+2.
(2025·安徽江淮十校联考)在△ABC中,内角A,B,C所对的边分别为a,b,c,点D在边AB上,且CD⊥BC,S△ACD=eq \f(1,2)S△BCD=eq \f(\r(3),6)accosB.
(1)求B;
(2)若CD=2eq \r(3),点E在线段AB上,
当△CBE为锐角三角形时,求2CE+BE的取值范围.
解:(1)∵S△ACD=eq \f(1,2)S△BCD,
∴AD=eq \f(1,2)BD,BD=eq \f(2,3)c,AD=eq \f(1,3)c,
∵S△BCD=2×eq \f(\r(3),6)accosB=eq \f(1,2)a·eq \f(2c,3)sinB.
∴tanB=eq \r(3),又B∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0,\f(π,2))),∴B=eq \f(π,3).
(2)由(1),知B=eq \f(π,3),
又BC⊥CD,CD=2eq \r(3),∴BC=eq \f(CD,tan\f(π,3))=2.
设∠CEB=θ.
在△CBE中,由正弦定理,得eq \f(BC,sinθ)=eq \f(CE,sinB)=eq \f(BE,sin(π-B-θ)),
∴eq \f(2,sinθ)=eq \f(CE,sin\f(π,3))=eq \f(BE,sin\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2π,3)-θ))),则CE=eq \f(\r(3),sinθ),BE=eq \f(2sin\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2π,3)-θ)),sinθ),
∴2CE+BE=eq \f(2\r(3),sinθ)+eq \f(2sin\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2π,3)-θ)),sinθ)=eq \f(2\r(3),sinθ)+eq \f(2sin\f(2π,3)cosθ-2cos\f(2π,3)sinθ,sinθ)=eq \f(2\r(3),sinθ)+eq \f(\r(3),tanθ)+1.
∵△BCE为锐角三角形,
∴eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(0<θ<\f(π,2),,0<\f(2π,3)-θ<\f(π,2),))解得eq \f(π,6)<θ<eq \f(π,2),
又y=sinθ,y=tanθ在eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,6),\f(π,2)))内均单调递增,且函数值均为正数,
∴y=eq \f(2\r(3),sinθ)+eq \f(\r(3),tanθ)+1在eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,6),\f(π,2)))内单调递减,
当θ=eq \f(π,6)时,eq \f(2\r(3),sinθ)+eq \f(\r(3),tanθ)+1=4eq \r(3)+4,
当θ→eq \f(π,2)时,eq \f(\r(3),tanθ)→0,∴eq \f(2\r(3),sinθ)+eq \f(\r(3),tanθ)+1→2eq \r(3)+1,
故2CE+BE的取值范围为(2eq \r(3)+1,4eq \r(3)+4).
1.(2024·新课标Ⅰ卷,15)记△ABC的内角A,B,C的对边分别为a,b,c,已知sinC=eq \r(2)cosB,a2+b2-c2=eq \r(2)ab.
(1)求B;
(2)若△ABC的面积为3+eq \r(3),求c.
解:(1)由余弦定理有a2+b2-c2=2abcosC,对比已知a2+b2-c2=eq \r(2)ab,
可得cosC=eq \f(a2+b2-c2,2ab)=eq \f(\r(2)ab,2ab)=eq \f(\r(2),2),
因为C∈(0,π),所以C=eq \f(π,4),sinC=eq \f(\r(2),2),
因为sinC=eq \r(2)cosB,所以cosB=eq \f(1,2),
又因为B∈(0,π),所以B=eq \f(π,3).
(2)由(1)可得B=eq \f(π,3),C=eq \f(π,4),故A=π-eq \f(π,3)-eq \f(π,4)=eq \f(5π,12),
所以sinA=sineq \f(5π,12)=sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,4)+\f(π,6)))=eq \f(\r(2),2)×eq \f(\r(3),2)+eq \f(\r(2),2)×eq \f(1,2)=eq \f(\r(6)+\r(2),4),
由正弦定理有eq \f(a,sin\f(5π,12))=eq \f(b,sin\f(π,3))=eq \f(c,sin\f(π,4)),
从而a=eq \f(\r(6)+\r(2),4)·eq \r(2)c=eq \f(\r(3)+1,2)c,b=eq \f(\r(3),2)·eq \r(2)c=eq \f(\r(6),2)c,
所以S△ABC=eq \f(1,2)absinC=eq \f(1,2)·eq \f(\r(3)+1,2)c·eq \f(\r(6),2)c·eq \f(\r(2),2)=eq \f(3+\r(3),8)c2,
由△ABC的面积为3+eq \r(3),
可得eq \f(3+\r(3),8)c2=3+eq \r(3),所以c=2eq \r(2).
2.(2024·新课标Ⅱ卷,15)记△ABC的内角A,B,C的对边分别为a,b,c,已知sinA+eq \r(3)cosA=2.
(1)求A;
(2)若a=2,eq \r(2)bsinC=csin2B,求△ABC的周长.
解:(1)解法一(利用辅助角公式求解):
由sinA+eq \r(3)cosA=2,可得eq \f(1,2)sinA+eq \f(\r(3),2)cosA=1,即sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(A+\f(π,3)))=1,由A∈(0,π),得A+eq \f(π,3)∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,3),\f(4π,3))),故A+eq \f(π,3)=eq \f(π,2),解得A=eq \f(π,6).
解法二(利用同角三角函数的基本关系求解):
由sinA+eq \r(3)cosA=2,
又sin2A+cos2A=1,消去sinA,
得4cos2A-4eq \r(3)cosA+3=0⇔(2cosA-eq \r(3))2=0,解得cosA=eq \f(\r(3),2),
又A∈(0,π),故A=eq \f(π,6).
(2)由题设条件和正弦定理,得eq \r(2)bsinC=csin2B⇔eq \r(2)sinBsinC=2sinCsinBcosB,
又B,C∈(0,π),则sinBsinC≠0,得cosB=eq \f(\r(2),2),故B=eq \f(π,4),
于是sinC=sin(π-A-B)=sin(A+B)=sinAcosB+cosAsinB=eq \f(\r(2)+\r(6),4),
由正弦定理eq \f(a,sinA)=eq \f(b,sinB)=eq \f(c,sinC),
得eq \f(2,sin\f(π,6))=eq \f(b,sin\f(π,4))=eq \f(c,sinC),解得b=2eq \r(2),c=eq \r(2)+eq \r(6),故△ABC的周长为2+3eq \r(2)+eq \r(6).
3.(2023·全国甲卷,17)记△ABC的内角A,B,C的对边分别为a,b,c,已知eq \f(b2+c2-a2,cosA)=2.
(1)求bc;
(2)若eq \f(acosB-bcosA,acosB+bcosA)-eq \f(b,c)=1,求△ABC的面积.
解:(1)因为a2=b2+c2-2bccosA,
所以eq \f(b2+c2-a2,cosA)=eq \f(2bccosA,cosA)=2bc=2,
解得bc=1.
(2)由正弦定理可得eq \f(acosB-bcosA,acosB+bcosA)-eq \f(b,c)=eq \f(sinAcosB-sinBcosA,sinAcosB+sinBcosA)-eq \f(sinB,sinC)=eq \f(sin(A-B),sin(A+B))-eq \f(sinB,sin(A+B))=eq \f(sin(A-B)-sinB,sin(A+B))=1,
变形可得sin(A-B)-sin(A+B)=sinB,
即-2cosAsinB=sinB,
而0<sinB≤1,所以cosA=-eq \f(1,2),
又0<A<π,所以sinA=eq \f(\r(3),2),
故S△ABC=eq \f(1,2)bcsinA=eq \f(1,2)×1×eq \f(\r(3),2)=eq \f(\r(3),4).
4.(2022·新高考Ⅰ卷,18)记△ABC的内角A,B,C的对边分别为a,b,c,已知eq \f(cosA,1+sinA)=eq \f(sin2B,1+cos2B).
(1)若C=eq \f(2π,3),求B;
(2)求eq \f(a2+b2,c2)的最小值.
解:(1)因为eq \f(sin2B,1+cos2B)=eq \f(2sinBcosB,1+2cos2B-1)=eq \f(sinB,cosB),
由eq \f(cosA,1+sinA)=eq \f(sin2B,1+cos2B),得eq \f(cosA,1+sinA)=eq \f(sinB,cosB),
所以cosAcosB=sinB+sinAsinB,
即cosAcosB-sinAsinB=sinB,
所以cos(A+B)=sinB.
又A+B+C=π,所以-cosC=sinB.
因为C=eq \f(2π,3),所以sinB=eq \f(1,2),
又B∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0,\f(π,3))),所以B=eq \f(π,6).
(2)由(1)知cosC=-sinB,所以cosC=coseq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2)+B)).
又A+B+C=π,所以C=eq \f(π,2)+B,A=π-B-C=eq \f(π,2)-2B.
由正弦定理得eq \f(a2+b2,c2)=eq \f(sin2A+sin2B,sin2C)=eq \f(sin2\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2)-2B))+sin2B,sin2\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2)+B)))=eq \f(cos22B+1-cos2B,cos2B)
=eq \f((2cos2B-1)2+1-cos2B,cos2B)=eq \f(4cos4B-5cos2B+2,cos2B)
=4cos2B+eq \f(2,cos2B)-5≥4eq \r(2)-5,
当且仅当cosB=2-eq \f(1,4)时,等号成立.
所以eq \f(a2+b2,c2)的最小值为4eq \r(2)-5.
在△ABC中,角A,B,C所对的边分别是a,b,c,且满足eq \f(\r(3)bsinA,1+cosB)=a.
(1)求角B的大小;
(2)若b=eq \r(3),求△ABC面积的最大值;
(3)求y=sinAsinC+sinBsinC+sinBsinA的取值范围.
解:(1)由正弦定理,得eq \f(\r(3)sinBsinA,1+cosB)=sinA,即eq \r(3)sinBsinA=sinA(1+cosB),
因为0<A<π,所以sinA≠0,
所以eq \r(3)sinB=1+cosB,所以sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(B-\f(π,6)))=eq \f(1,2),
又因为-eq \f(π,6)<B-eq \f(π,6)<eq \f(5π,6),所以B=eq \f(π,3).
(2)由余弦定理,得cosB=eq \f(a2+c2-b2,2ac)=eq \f(1,2),
代入b=eq \r(3),得a2+c2=3+ac,根据基本不等式a2+c2≥2ac,得ac≤3,当且仅当a=c=eq \r(3)时,等号成立,
△ABC的面积为eq \f(1,2)acsinB=eq \f(\r(3),4)ac≤eq \f(3\r(3),4),
故△ABC面积的最大值为eq \f(3\r(3),4).
(3)因为y=sinAsinC+sinBsinC+sinBsinA=sinAsinC+eq \f(\r(3),2)(sinA+sinC)=sinAsineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2π,3)-A))+eq \f(\r(3),2)
eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(sinA+sin\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2π,3)-A))))=eq \f(\r(3),4)sin2A+eq \f(1,2)sin2A+eq \f(3\r(3),4)sinA+eq \f(3,4)cosA
=eq \f(1,2)sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2A-\f(π,6)))+eq \f(3,2)sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(A+\f(π,6)))+eq \f(1,4),
令x=A+eq \f(π,6),则2A-eq \f(π,6)=2x-eq \f(π,2),
所以y=sin2x+eq \f(3,2)sinx-eq \f(1,4)=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(sinx+\f(3,4)))
eq \s\up12(2)-eq \f(13,16),
因为A∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0,\f(2π,3))),所以x∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,6),\f(5π,6))),
所以sinx∈eq \b\lc\(\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(1,2),1)),所以eq \f(3,4)<eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(sinx+\f(3,4)))
eq \s\up12(2)-eq \f(13,16)≤eq \f(9,4),
故y=sinAsinC+sinBsinC+sinBsinA的取值范围为eq \b\lc\(\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(3,4),\f(9,4))).
1.(2025·河南平许济洛三模)在△ABC中,角A,B,C所对的边分别为a,b,c,已知a+c+acosC+ccosA=3b.
(1)求证:a+c=2b;
(2)若eq \o(AB,\s\up12(→))·eq \o(AC,\s\up12(→))=3,b=2,求△ABC的面积.
(2)由余弦定理且b=2,
可知a2=4+c2-4ccosA,
因为eq \o(AB,\s\up12(→))·eq \o(AC,\s\up12(→))=3,所以2ccosA=3,
所以a2=c2-2,
又a+c=2b=4,所以c=eq \f(9,4),
所以cosA=eq \f(2,3),所以sinA=eq \r(1-cos2A)=eq \f(\r(5),3),
所以△ABC的面积为eq \f(1,2)bcsinA=eq \f(1,2)×2×eq \f(9,4)×eq \f(\r(5),3)=eq \f(3\r(5),4).
2.(2025·湖北十一校第二次联考)在△ABC中,内角A,B,C所对的边分别为a,b,c,△ABC的面积为S△ABC.已知①(2b-c)cosA-acosC=0;②eq \r(3)
eq \o(AB,\s\up12(→))·eq \o(AC,\s\up12(→))=2S△ABC,从这两个条件中任选一个,回答下列问题.
(1)求A;
(2)若a=eq \r(3),求△ABC周长的取值范围.
解:(1)若选①,∵(2b-c)cosA-acosC=0,
由正弦定理,得(2sinB-sinC)cosA-sinAcosC=0,
∴2sinBcosA=sinAcosC+sinCcosA=sinB,
∵B∈(0,π),∴sinB≠0,∴cosA=eq \f(1,2),
又A∈(0,π),∴A=eq \f(π,3).
若选②,由eq \r(3)
eq \o(AB,\s\up12(→))·eq \o(AC,\s\up12(→))=2S△ABC,得
eq \r(3)cbcosA=2·eq \f(1,2)bcsinA=bcsinA,
故tanA=eq \f(sinA,cosA)=eq \r(3),又A∈(0,π),∴A=eq \f(π,3).
(2)由余弦定理,得a2=b2+c2-2bccosA=(b+c)2-3bc,
∵bc≤eq \f((b+c)2,4),
∴3=(b+c)2-3bc≥eq \f(1,4)(b+c)2,
∴b+c≤2eq \r(3),当且仅当b=c=eq \r(3)时,等号成立,
又b+c>a=eq \r(3),
∴a+b+c∈(2eq \r(3),3eq \r(3)],
即△ABC周长的取值范围为(2eq \r(3),3eq \r(3)].
3.(2025·江苏南京二模)记△ABC的内角A,B,C的对边分别为a,b,c.已知eq \f(sinA-sinB,c-b)=eq \f(sinC,a+b).
(1)求A;
(2)若eq \o(BD,\s\up12(→))=2eq \o(DA,\s\up12(→)),BC=DC,求cosB.
解:(1)eq \f(sinA-sinB,c-b)=eq \f(sinC,a+b),
由正弦定理,得eq \f(a-b,c-b)=eq \f(c,a+b),即b2+c2-a2=bc,
所以cosA=eq \f(b2+c2-a2,2bc)=eq \f(bc,2bc)=eq \f(1,2),
由0°<A<180°,得A=60°.
(2)如图,因为eq \o(BD,\s\up12(→))=2eq \o(DA,\s\up12(→)),BC=DC,
所以AD=eq \f(1,3)c,DC=a,
在△ADC中,由余弦定理,得DC2=AD2+AC2-2AD·ACcosA,
即a2=eq \f(c2,9)+b2-eq \f(1,3)bc.
在△ABC中,由余弦定理,得BC2=AB2+AC2-2AB·ACcosA,
即a2=c2+b2-bc,
①
所以eq \f(c2,9)+b2-eq \f(1,3)bc=c2+b2-bc,得ceq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(4,3)c-b))=0,
由c>0,得b=eq \f(4,3)c,代入①,得a2=eq \f(13,9)c2,
由a>0,得a=eq \f(\r(13),3)c.
在△ABC中,由余弦定理,得
cosB=eq \f(a2+c2-b2,2ac)=eq \f(\f(13,9)c2+c2-\f(16,9)c2,\f(2\r(13),3)c2)=eq \f(\r(13),13).
4.(2025·东北三省三校二模)已知锐角三角形ABC的内角A,B,C所对的边分别为a,b,c,且a=eq \r(3),eq \r(3)cosB+eq \f(1,2)b=c.
(1)求A;
(2)求eq \f(2b2+c2,bc)的取值范围.
解:(1)由a=eq \r(3),eq \r(3)cosB+eq \f(1,2)b=c,得acosB+eq \f(1,2)b=c,
由正弦定理,得sinAcosB+eq \f(1,2)sinB=sinC=sin(A+B),
sinAcosB+eq \f(1,2)sinB=sinAcosB+cosAsinB,
所以cosAsinB=eq \f(1,2)sinB,
因为A,B∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0,\f(π,2))),则sinB>0,
所以cosA=eq \f(1,2),即A=eq \f(π,3).
(2)在锐角三角形ABC中,由eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(0<C<\f(π,2),,0<B=\f(2π,3)-C<\f(π,2),))得eq \f(π,6)<C<eq \f(π,2),
则eq \f(b,c)=eq \f(sinB,sinC)=eq \f(sin\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(C+\f(π,3))),sinC)=eq \f(\f(1,2)sinC+\f(\r(3),2)cosC,sinC)=eq \f(1,2)+eq \f(\r(3),2tanC),
又tanC>eq \f(1,\r(3)),则0<eq \f(1,tanC)<eq \r(3),所以eq \f(b,c)的取值范围为eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2),2)),
又eq \f(2b2+c2,bc)=eq \f(2b,c)+eq \f(c,b),设t=eq \f(b,c)∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2),2)),f(t)=2t+eq \f(1,t),
其中t∈eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2),2)),f′(t)=2-eq \f(1,t2)=eq \f(2t2-1,t2)=eq \f(2\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(t+\f(\r(2),2)))\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(t-\f(\r(2),2))),t2),
由f′(t)<0,得eq \f(1,2)<t<eq \f(\r(2),2),
由f′(t)>0,得eq \f(\r(2),2)<t<2,
所以f(t)在eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2),\f(\r(2),2)))内单调递减,在eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(\r(2),2),2))内单调递增,
所以f(t)min=feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(\r(2),2)))=2eq \r(2),
又feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))=3,f(2)=eq \f(9,2),
故f(t)的取值范围为eq \b\lc\[\rc\)(\a\vs4\al\co1(2\r(2),\f(9,2))),
即eq \f(2b2+c2,bc)的取值范围为eq \b\lc\[\rc\)(\a\vs4\al\co1(2\r(2),\f(9,2))).
5.(2025·湖北武汉二调)如图,∠AOD=∠BOC=eq \f(π,4),AC=2,BD=2eq \r(2),且BC=AD.
(1)证明:O为BD的中点;
(2)若eq \r(5)sin2A+cosB=eq \r(5),求OC的长.
解:(1)证明:设OC=x,OB=y,则OA=2-x,OD=2eq \r(2)-y.
在△AOD中,由余弦定理,得AD2=(2-x)2+(2eq \r(2)-y)2-2(2-x)(2eq \r(2)-y)×eq \f(\r(2),2).
在△BOC中,由余弦定理,得BC2=x2+y2-2xy×eq \f(\r(2),2).
因为BC=AD,所以(2-x)2+(2eq \r(2)-y)2-2(2-x)(2eq \r(2)-y)×eq \f(\r(2),2)=x2+y2-2xy×eq \f(\r(2),2),
化简,得y=eq \r(2).
故O为BD的中点.
(2)如图,过点D作DE∥BC,交AC于点E,则∠EDO=∠CBO.
由eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(∠EDO=∠CBO,,OD=OB,,∠EOD=∠COB=\f(π,4),))
得△OED≌△OCB(ASA).
所以BC=DE,
又BC=AD,所以DE=AD,所以A=∠DEA.
所以∠OED=π-A,
又∠OED=C,B+C=π-eq \f(π,4)=eq \f(3π,4),所以A=B+eq \f(π,4).
因为eq \r(5)sin2A+cosB=eq \r(5)⇒eq \r(5)sineq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(2\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(B+\f(π,4)))))+cosB=eq \r(5)⇒eq \r(5)cos2B+cosB=eq \r(5),
所以eq \r(5)(2cos2B-1)+cosB=eq \r(5)⇒2eq \r(5)cos2B+cosB-2eq \r(5)=0.
又-1<cosB<1,所以cosB=eq \f(2\r(5),5),
所以sinB=eq \f(\r(5),5).
所以sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(B+\f(π,4)))=sinBcoseq \f(π,4)+cosBsineq \f(π,4)=eq \f(\r(2),2)×eq \f(3\r(5),5)=eq \f(3\r(10),10),即sinC=eq \f(3\r(10),10).
在△OBC中,由正弦定理,得eq \f(OB,sinC)=eq \f(OC,sinB),
即eq \f(\r(2),\f(3\r(10),10))=eq \f(OC,\f(\r(5),5)),解得OC=eq \f(2,3).
解:(1)因为sin2A+sin2C+cos2B+sin(π-A)sin(π+C)=1,
所以sin2A+sin2C-sinAsinC=1-cos2B=sin2B.
由正弦定理,得a2+c2-b2=ac,
所以cosB=eq \f(a2+c2-b2,2ac)=eq \f(1,2),
因为0<B<π,所以B=eq \f(π,3).
(2)由(1),知a2+c2-b2=ac,代入a=2,c=3,
得b=eq \r(7).
因为△ABC的面积S=eq \f(1,2)acsinB=eq \f(3\r(3),2),
所以△ABC内切圆的半径r=eq \f(2S,a+b+c)=eq \f(3\r(3),5+\r(7))=eq \f(5\r(3)-\r(21),6).
(3)如图,设∠DBM=α,0<α<eq \f(π,3),则∠BMA=eq \f(π,2)+α,
且MD=BMsinα=4sinα.
因为∠ABD=eq \f(π,3),所以∠BAD=eq \f(π,6).
在△ABM中,由正弦定理,
得eq \f(BM,sin\f(π,6))=eq \f(AB,sin\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2)+α))),
所以AB=8sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2)+α))=8cosα,
所以AB+MD=8cosα+4sinα=4eq \r(5)sin(α+φ),
其中tanφ=2,故AB+MD的最大值为4eq \r(5).
$