内容正文:
基础课3 解三角形
第一篇 专题一 三角函数与平面向量
03
专题集训
02
考点突破 能力提升
真题再研 考情分析
01
内容索引
真题再研 考情分析
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cos A===,因为0°<A<180°,所以A=45°.故选A.
√
一、利用正、余弦定理求边或角
1.(2025·全国二卷,T5)在△ABC中,BC=2,AC=1+,AB=,则A=
A.45° B.60°
C.120° D.135°
√
√
2.(多选)(2025·全国一卷,T11)已知△ABC的面积为,若cos 2A+cos 2B+2sin C=2,cos Acos Bsin C=,则
A.sin C=sin2A+sin2B
B.AB=
C.sin A+sin B=
D.AC2+BC2=3
√
对于A,cos 2A+cos 2B+2sin C=1-2sin2A+1-2sin2B+2sin C=2,所以sin2A+sin2B=sin C,故A正确;对于B,令a=BC,b=AC,c=AB,则===2R(R为△ABC的外接圆半径),由sin2A+sin2B=sin C,得a2+b2=c·2R≥c2.因为cos Acos Bsin C=>0,sin C>0,所以cos A>0,cos B>0,若a2+b2>c2,则△ABC为锐角三角形,则A+B>,即A>-B,则sin A>sin(-B)=cos B,所以sin C=sin2A+sin2B>cos2B+sin2B=1,矛盾.故a2+b2=c2,即C=A+B=,所以cos(A+B)=cos Acos B-sin Asin B=0,又cos Acos Bsin C=cos Acos B=,所以sin Asin B=.
因为S△ABC=absin C=ab=,所以ab=,所以=(2R)2==2,所以2R=,所以c=2R·sin C=,故B正确;对于C,(sin A+sin B)2=sin2A+sin2B+2sin Asin B=sin C+2sin Asin B=1+2×=,所以sin A+sin B=,故C正确;对于D,AC2+BC2=AB2=c2=2,故D错误.故选ABC.
3.(2024·新课标Ⅱ卷,T15)记△ABC的内角A,B,C的对边分别为a,b,c,已知sin A+cos A=2.
(1)求A;
解:由sin A+cos A=2,得sin A+cos A=1,
所以sin=1.
因为0<A<π,所以<A+<,
所以A+=,故A=.
(2)若a=2,bsin C=csin 2B,求△ABC的周长.
解:由A,B,C为三角形内角,得sin B≠0,sin C≠0.
因为bsin C=csin 2B,
所以由正弦定理得sin Bsin C=sin Csin 2B,
所以sin B=sin 2B,即sin B=2sin Bcos B,
所以cos B=,所以B=.
因为a=2,A=,所以由正弦定理,
得b=sin B=2.
由A=,B=,得C=,所以sin C=sin=sin(+)=×+×=,
所以由正弦定理,得c===+,
所以△ABC的周长为a+b+c=2+2++=2++3.
二、解三角形中的最值、范围问题
4.(2022·新高考Ⅰ卷,T18)记△ABC的内角A,B,C的对边分别为a,b,c,已知=.
(1)若C=,求B;
解:因为===,即sin B=cos Acos B-sin Asin B=cos(A+B)=-cos C=,
而0<B<,所以B=.
(2)求的最小值.
解:由(1)知,sin B=-cos C>0,所以<C<π,0<B<,
而sin B=-cos C=sin,
所以C=+B,即有A=-2B,所以B∈,C∈.
所以==
==4cos2B+-5≥2-5=4-5,当且仅当cos2B=时取等号,
所以的最小值为4-5.
考情分析
正、余弦定理及应用是高考的必考内容,主要考查边、角、面积的计算及有关的范围问题,常与三角恒等变换交汇融合,解答题常处于第一题位置,注重基础知识、基本能力的考查.
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考点突破 能力提升
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(2025·山东日照一模)在△ABC中,角A,B,C的对边分别为a,b,c,且csin A=2acos2.
(1)求角C;
核心考点一 利用正、余弦定理求边或角 [综合性考法]
典例
1
解:依题意,csin A=2acos2,
由正弦定理可得sin Csin A=2sin Acos2,
因为0<A<π,所以sin A≠0,所以sin C=2cos2.
法一:即2sin cos =2cos2,
所以sin =cos ,
所以tan =.
因为0<C<π,所以0<<,
所以=,即C=.
法二:即sin C-cos C=1,
所以2sin=1,即sin=.
因为0<C<π,所以-<C-<,所以C-=,即C=.
(2)若D为边AC上一点,且BD=BC=AB=1,求AD的值.
解:因为BC=1,AB=,又因为BD=BC,C=,
所以△BCD为等边三角形.
则CD=1,∠ADB=.
由余弦定理得cos∠ADB==-,
所以AD2+AD-2=0,解得AD=1或AD=-2(舍去),故AD=1.
规律反思
当题目条件中出现边和角的“混和体”时有两种方案:(1)全部统一为角,将“边的齐次式”中的边直接化为对应角的正弦.(2)全部统一为边,利用正、余弦定理将角转化为边,最后用因式分解等代数技巧化简即可.
预测练1.(2025·山东临沂一模)已知a,b,c分别为△ABC三个内角A,B,C的对边,且acos C+csin A-b=0.
(1)求A;
解:acos C+csin A-b=0,
由正弦定理可得,sin Acos C+sin Csin A-sin B=0,
所以sin Acos C+sin Csin A-sin=0,
所以sin Acos C+sin Csin A-sin Acos C-cos Asin C=0,
所以sin Csin A-cos Asin C=0.
又因为sin C≠0,所以sin A-cos A=0,
所以tan A=.
又因为0<A<π,所以A=.
(2)若c=3,asin B=2,求a.
解:由正弦定理知,=,
即bsin A=asin B.
又asin B=2,
所以bsin A=2,
所以bsin =2,所以b=4.
由余弦定理知,a2=b2+c2-2bccos A,
所以a2=42+32-2×4×3×=13,
所以a=.
(2024·新课标Ⅰ卷)记△ABC的内角A,B,C的对边分别为a,b,c,已知sin C=cos B,a2+b2-c2=ab.
(1)求B;
解:由余弦定理得cos C==,
又0<C<π,所以C=.
所以cos B=sin C=,所以cos B=.
又0<B<π,所以B=.
核心考点二 利用正、余弦定理解决三角形的面积问题 [综合性考法]
典例
2
(2)若△ABC的面积为3+,求c.
解:sin A=sin(π-B-C)=sin(B+C)
=sincos+cossin=.
由正弦定理=,得=,所以a=c.
所以△ABC的面积S=acsin B=c2×=3+,
解得c=2.
【教材溯源2】
(本例源自人教A版必修第二册P54T22)
已知a,b,c分别为△ABC三个内角A,B,C的对边,且acos C+asin C-b-c=0.
(1)求A;
(2)若a=2,则△ABC的面积为,求b,c.
考查角度及设问方式均一致,再次诠释了教材是高考命题的发源地,是命题的原点.
规律反思
与三角形面积有关问题的解题策略
1.利用正弦、余弦定理解三角形,求出三角形的相关边、角之后,直接求三角形的面积.
2.把面积作为已知条件之一,与正弦、余弦定理结合求出三角形的其他量.
预测练2.(2025·福建泉州一模)四边形ABCD中,AB∥CD,
∠ABC=45°,AB=4,AC=BC.
(1)求sin∠ACB;
解:法一:在△ABC中,AB=4,AC=BC,∠ABC=45°,
由AC2=BC2+AB2-2BC·AB·cos∠ABC,
即5BC2=BC2+16-8··BC,
整理得BC2+BC-4=0,
得BC=或BC=-2(舍).
又AC=BC=,
由=,即=,
解得sin ∠ACB=.
法二:在△ABC中,由=,
得sin ∠BAC=·sin ∠ABC==.
又AC>BC,故cos ∠BAC=,
所以sin ∠ACB=sin=sin ∠ABCcos ∠BAC+cos ∠ABCsin ∠BAC=+)=.
(2)若AD=,求四边形ABCD的面积.
解:法一:因为AB∥CD,
所以∠DCA=∠BAC.
在△ABC中,由余弦定理,得cos∠BAC==,
故cos ∠DCA=.
在△ACD中,由AD2=AC2+CD2-2AC·CD·cos ∠DCA,
即17=10+CD2-2·CD·,整理得CD2-6CD-7=0,
解得CD=-1(舍去)或CD=7.
在△ABC中,S△ABC=·AB·BC·sin 45°=×4×=2.
由AB∥CD,可得S△ACD=·S△ABC=×2=,
故四边形ABCD的面积为2+=.
法二:因为AB∥CD,所以∠DCA=∠BAC,
由(1)可得cos ∠BAC=.
在△ACD中,由AD2=AC2+CD2-2AC·CD·cos ∠DCA,
即17=10+CD2-2·CD·,整理得CD2-6CD-7=0,
解得CD=-1(舍去)或CD=7.
在△ABC中,AB边上的高为h=BC·sin 45°==1,
故四边形ABCD的面积为=.
核心考点三 解三角形的实际应用 [应用性考法]
√
典例
3
在同一平面上有相距14公里的A,B两座炮台,A在B的正东方向.某次演习时,A向西偏北θ方向发射炮弹,B则向东偏北θ方向发射炮弹,其中θ为锐角,观测回报两炮弹皆命中18公里外的同一目标C,接着A改向向西偏北方向发射炮弹,弹着点为18公里外的点M,则B炮台与弹着点M的距离为
A.7公里 B.8公里
C.9公里 D.10公里
依题意,设炮弹第一次命中点为C,则AB=14,AC=BC
=AM=18,∠CBA=∠CAB=θ,∠MAB=.在△ABC中,
BC2=AC2+AB2-2AC·ABcos θ,即182=182+142-2×18×
14cos θ,解得cos θ=,所以cos θ=2cos2-1=.又θ为锐角,解得cos =(负值舍去),在△ABM中,BM2=AM2+AB2-2AM·ABcos =182+142-2×18×14×=100,所以BM=10,即B炮台与弹着点M的距离为10公里.故选D.
规律反思
解三角形应用问题的步骤
第一步:从实际问题中抽象出已知的角度、距离、高度等条件,作为某个三角形的元素.
第二步:利用正弦、余弦定理解三角形,得到实际问题的解.
预测练3.(2025·云南昆明一模)如图,测量河对岸的塔高AB时,可以选取与塔底B在同一水平面内的两个测量基点C与D.现测得∠BCD=75°,∠BDC=45°,CD=30米,在点C测得塔顶A的仰角∠ACB=60°,则塔高AB约为(单位:米,≈1.414)
A.30.42
B.42.42
C.50.42
D.60.42
√
由题意,在△BCD中,∠CBD=180°-75°-45°=60°.由正弦定理可知= ⇒ =⇒BC=10.在△ABC中,易知AB⊥BC,∠ACB=60°,于是AB=BC×tan 60°=10×=30≈42.42.故选B.
核心考点四 解三角形中的最值、范围问题 [综合性考法]
典例
4
(2025·河北沧州模拟)在锐角三角形ABC中,角A,B,C所对的边分别为a,b,c,且=.
(1)求角C的大小;
解:在锐角三角形ABC中,因为=,
所以由正弦定理得=,
故a2=a,即a=b2-c2,即ab-a2=b2-c2,即ab=a2+b2-c2,
所以=1,即=.
由余弦定理得cos C=,因为C∈,所以C=.
(2)若c=2,求△ABC周长的取值范围.
解:因为c=2,由正弦定理====,
所以a=sin A,b=sin B.
设△ABC的周长为l,
则l=2+a+b=2+sin A+sin B=2+sin A+sin
=2+sin A+=2+sin A+2cos A+sin A
=2+2sin A+2cos A=2+4sin.
因为三角形ABC为锐角三角形,
所以A∈,B∈,
所以-A∈,解得A∈,
所以A∈,所以A+∈,
故sin∈,则4sin+2∈,即l∈,
故△ABC周长的取值范围是.
规律反思
求解三角形中的最值、范围问题的注意点
1.涉及求范围的问题,一定要搞清楚变量的范围,若已知边的范围,求角的范围可以利用余弦定理进行转化.
2.注意题目中的隐含条件,如A+B+C=π,0<A<π,|b-c|<a<b+c,三角形中大边对大角等.
预测练4.(2025·山东济南五诊)在锐角△ABC中,内角A,B,C所对的边分别为a,b,c,满足-1=,且A≠C.
(1)求证:B=2C;
解:证明:由题意得=,
由正弦定理得==.
因为A≠C,则a≠c,
可得=,整理得b2=c2+ac.
由余弦定理得b2=a2+c2-2accos B,整理得c=a-2ccos B.
由正弦定理得sin C=sin A-2sin Ccos B,
故sin C=sin-2sin Ccos B,整理得sin C=sin.
又因为△ABC为锐角三角形,则C∈,B∈,可得B-C∈,
所以C=B-C,即B=2C.
(2)已知BD是∠ABC的平分线,若a=4,求线段BD长度的取值范围.
解:在△BCD中,由正弦定理得=,
所以BD===,
因为△ABC为锐角三角形,且B=2C,
所以<C<,
故<cos C<,所以<BD<2.
因此线段BD长度的取值范围是.
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专 题 集 训
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1.(2025·江西南昌二模)在△ABC中,角A,B,C的对边分别是a,b,c,若b=3,2acos C+2ccos A=3a,则a=
A.2 B.3
C. D.
√
因为2acos C+2ccos A=3a,由正弦定理,可得2sin Acos C+2sin Ccos A=3sin A,所以2sin(A+C)=3sin A.又因为A+C=π-B,所以sin(A+C)=sin B,所以2sin B=3sin A.又由正弦定理,可得2b=3a,即a=b.因为b=3,所以a=2.故选A.
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2.△ABC的内角A,B,C的对边分别为a,b,c,面积为S.若a=1,C=且4S=cos B+bcos A,则B=
A. B.
C. D.
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由4S=cos B+bcos A得4×absin C=cos B+bcos A⇒ab=+b·.又a=1,故b=+=c,所以sin B=sin C=,故sin B=.由于c>b,则C>B,B不可能是钝角.由于B∈,所以B=.故选A.
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3.(2025·河北石家庄一模)如图,在△ABC中,已知∠CBA=45°,D是BC边上的一点,AD=5,AC=7,DC=3,则AB=
A.4 B.5
C.2 D.
√
在△ACD中,由余弦定理得cos C===.又因为C∈(0,π),所以sin C==.在△ABC中,由正弦定理得=,即=,解得AB=.故选D.
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4.(2025·江西景德镇三模)如图,圭表是我国古代一种通过测量正午日影长度来推定节气的天文仪器,它包括一根直立的标竿(称为“表”)和一把呈南北方向水平固定摆放的与标竿垂直的长尺(称为“圭”).当正午太阳照射在表上时,日影便会投影在
√
圭面上,太阳光与圭面成角也就是太阳高度角.圭面上日影长度最长的那一天定为冬至,投影点为冬至线.日影长度最短的那一天定为夏至,投影点为夏至线.已知景德镇冬至正午太阳高度角为36.9°,夏至正午太阳高度角为θ,表高42厘米,圭面上冬至线与夏至线之间的距离为50厘米,则sin的值为
A.B. C. D.
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如图,tan ∠ABC=tan 36.9°≈,AC=42,所以BC=56.又BD=50,所以CD=6,在△ACD中,根据勾股定理得AD=30.在△ABD中,根据正弦定理可知=,即=,解得sin=.故选C.
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5.(2025·宁夏银川一模)在△ABC中,已知∠BAC=,AB=2,AC=1,D为BC上一点,且∠BAD=,则△ACD的面积为
A. B.
C. D.
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如图,由∠BAC=,∠BAD=,则∠DAC=,所以S△BAD=AB×AD=AD,S△ACD=AD×AC×sin =AD,所以=,则S△ACD=S△ABC=×AB×AC×sin =××2×1×=.故选C.
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6.(2025·湖南郴州三模)在△ABC中,角A,B,C所对的边分别为a,b,c,若A=,a=4,BC边上的高AD=,则b+c=
A.2 B.4
C.8 D.4
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已知BC边上的高AD=,a=4,根据三角形面积公式S△ABC=a·AD=bcsin A.将A=,a=4,AD=×4×=bcsin ,2=bc×,bc=8.由余弦定理a2=b2+c2-2bccos A,可得42=b2+c2-2bccos ,即16=b2+c2-bc,可得16=(b+c)2-2bc-bc,即16=(b+c)2-3bc,把bc=8代入上式可得16=(b+c)2-3×8,即(b+c)2=16+24=40.因为b,c为三角形的边,可得b+c==2.故选A.
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7.(2025·广西桂林模拟)在△ABC中,内角A,B,C所对的边分别为a,b,c,下列与△ABC有关的结论正确的是
A.若a=2,A=30°,则==4
B.若acos A=bcos B,则△ABC是等腰直角三角形
C.若△ABC是锐角三角形,则cos A<sin B
D.若2++3=0,S△AOC,S△ABC分别表示△AOC,△ABC的面积,则S△AOC∶S△ABC=1∶6
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对于A,设△ABC外接圆的半径为R,因为a=2,A=30°,所以2R===4,所以==2R=4,==2R=4,故A正确;对于B,因为acos A=bcos B,所以由正弦定理得sin Acos A=sin Bcos B,即sin 2A=sin 2B.因为A,B∈(0,π),所以2A=2B或2A+2B=π,即A=B或A+B=,所以△ABC是等腰三角形或直角三角形,故B不正确;
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对于C,由△ABC是锐角三角形得A+B>,即A>-B,因为y=cos x在(0,)上单调递减,所以cos A<cos(-B)=sin B,故C正确;对于D,如图所示,设AC的中点为M,BC的中点为D,因为2++3=0,即2(+)+(+)=0,则2×2+2=0,即2=-,所以点O是MD上靠近M的三等分点,所以点O到AC的距离等于D到AC的距离的.
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又由B到AC的距离为D到AC的距离的2倍,所以O到AC的距离等于B到AC的距离的.由三角形的面积公式,可得S△ABC=6S△AOC,即S△AOC∶S△ABC=1∶6,故D正确.故选ACD.
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8.(2025·山东济宁一模)在△ABC中,内角A,B,C的对边分别为a,b,c,a=,且2c-b=2acos B,则下列结论正确的是
A.A=
B.△ABC外接圆的面积为π
C.△ABC面积的最大值为
D.△ABC周长的最大值为3
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对于A,因为2c-b=2acos B,由余弦定理可得2c-b=2a×=,整理可得b2+c2-a2=bc,则cos A===,且A∈,所以A=,故A错误;对于B,由正弦定理可得△ABC外接圆的半径R===1,所以△ABC外接圆的面积为πR2=π,故B正确;
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对于C,由b2+c2-a2=bc可得b2+c2=a2+bc=3+bc,且b2+c2≥2bc,即3+bc≥2bc,解得bc≤3,当且仅当b=c=时,等号成立,所以△ABC面积的最大值为×3×=,故C正确;对于D,由b2+c2=3+bc可得=3+3bc,即bc=,且bc≤,即≤,则≤12,即0<b+c≤2,当且仅当b=c=时,等号成立,所以△ABC周长的最大值为2+=3,故D正确.故选BCD.
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9.在△ABC中,AB=,AC=1,M为BC的中点,∠MAC=60°,则AM
=_____.
在△ABC中,取AC的中点N,连接MN,由M为BC的中点,得MN=AB=.在△AMN中,由余弦定理得MN2=AM2+AN2-2AM·ANcos ∠MAC,则=AM2+-AM,即AM2-AM-=0,而AM>0,所以AM=.
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10.(2025·山东青岛一模)在△ABC中,角A,B,C的对边a,b,c成公差为2
的等差数列.若7sin A=3sin C,则△ABC的面积为_______.
因为a,b,c成公差为2的等差数列,所以c=a+4.因为7sin A=3sin C,由正弦定理可得7a=3c,解得a=3,b=5,c=7.由余弦定理可得cos C===-.因为C∈,所以C=,所以△ABC的面积为absin C=×3×5×sin =.
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11.(13分)(2025·江西宜春一模)△ABC的内角A,B,C的对边分别为a,b,c,已知cos 2B+cos 2C+2sin Bsin C=cos 2A+1.
(1)求A;
解:因为cos 2B+cos 2C+2sin Bsin C=cos 2A+1,
所以1-2sin2B+1-2sin2C+2sin Bsin C=1-2sin2A+1,
化简得sin Bsin C=sin2B+sin2C-sin2A,
所以bc=b2+c2-a2.
由余弦定理得cos A===,
因为A∈,所以A=.
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(2)若b+c=5,△ABC的面积为,求a.
解:△ABC的面积为bcsin A=,解得bc=6.
由(1)可得b2+c2-a2=bc,所以-2bc-a2=bc,
即-a2=3bc,所以52-a2=3×6,解得a=(a=-舍去).
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12.(15分)(2025·安徽合肥一模)记△ABC的内角A,B,C的对边分别是a,b,c,已知a+b=2ccos B.
(1)证明:C=2B;
解:证明:由正弦定理及a+b=2ccos B,知sin A+sin B=2sin Ccos B,
即sin+sin B=2sin Ccos B,
所以sin B=sin Ccos B-sin Bcos C=sin,
所以B=C-B或B+C-B=π.
因为B,C∈,所以B=C-B,即C=2B.
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(2)若△ABC为锐角三角形,求的取值范围.
解:由(1)知C=2B,A=π-3B,又△ABC为锐角三角形,
所以0<2B<,0<π-3B<,
故B∈,所以<tan B<1,得1<<,
故====∈.
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