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第27讲正弦定理、余弦定理及应用(解析版)_2.2025数学总复习_2023年新高考资料_一轮复习_2023年高考数学一轮复习考点精讲练+易错题型(新高考专用)

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文档文本内容

第 27 讲 正弦定理、余弦定理
【基础知识网络图】
【基础知识全通关】
一、正弦定理
在一个三角形中,各边和它所对角的正弦比相等,即:
【微点拨】(1)正弦定理适合于任何三角形,且 ( 为
的外接圆半径);
(2)应用正弦定理解决的题型:①已知两角和一边,求其它②已知两边和一边的对角,求
其它.
(3)在已知两边和一边的对角,求其它的类型中,可能出现无解、一解或两解,应结合
“三角形中大边对大角”定理及几何作图来帮助理解.
二、余弦定理
在△ABC中,
a2 =b2 +c2 −2bccosA
,
b2 =a2 +c2 −2accosB
,
c2 =a2 +b2 −2abcosC
变形为:
b2 +c2 −a2 a2 +c2 −b2 a2 +b2 −c2
cosA= cosB= cosC=
2bc 2ac 2ab
, ,【微点拨】(1)应用余弦定理解决的题型:①已知三边,求各角②已知两边和一边的对
角,求其它③已知两边和夹角,求其它;
(2)正、余弦定理的实质是一样的,从而正弦定理能解的问题余弦定理也一定能解,反之
亦然;只是方便程度有别;
(3)正、余弦定理可以结合使用.
三、三角形的面积公式
(1) ,其中 为 边上的高
1 1 1
S= absinC= bcsinA= acsinB
2 2 2
(2)
(3) ,其中
四、三角形形状的判定方法
设△ABC的三边为a、b、c,对应的三个角为A、B、C,
解斜三角形的主要依据是:
(1)角与角关系:由于A+B+C = π,所以sin(A+B)=sinC;cos(A+B)=-cosC;tan(A+B)=
A+B C A+B C
sin =cos ,cos =sin
2 2 2 2
-tanC; ;
(2)边与边关系:a + b > c,b + c > a,c + a > b,a-b < c,b-c < a,c-a >
b;
(3)边与角关系:正弦定理、余弦定理
常用两种途径:
(1)由正余弦定理将边转化为角;
(2)由正余弦定理将角转化为边.
【微点拨】①化简中将三角形内角和、三角同角基本关系式、诱导公式、两角和与差的三
角公式等综合结合起来.②在△ABC中,熟记并会证明:∠A,∠B,∠C成等差数列的充分
必要条件是∠B=60°;△ABC是正三角形的充分必要条件是∠A,∠B,∠C成等差数列且
a,b,c成等比数列.
五、解三角形应用的分类(1)距离问题:一点可到达另一点不可到达;两点都不可到达;
(2)高度问题(最后都转化为解直角三角形);
(3)角度问题;
(4)面积问题.
【考点研习一点通】
考点01运用正余弦定理解三角形
例1、在 中,内角 , , 所对的边分别为 , , .已知 ,
, .
(1)求 , 的值:
(2)求 的值.
【答案】(1) , ;(2) .
【解析】
(1)由 ,得 ,
因为在 中, ,得 ,
由余弦定理 ,得 ,
因为 ,所以 ,
解得 ,所以 .(2)由 ,得
由正弦定理得 .
方法总结:本题考查正弦定理、余弦定理的公式.在解三角形时,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.考查基本运算能力
和转化与化归思想.
【变式1-1】在△ABC中,内角A,B,C的对边分别为 ,若
, ,则 ______.
【答案】4
【解析】
∵ ,
∴由正弦定理得 ,
∴ ,
又 ,
∴由余弦定理得 ,∴ ,
∵ 为 的内角,∴ ,∴ ,∴ ,
故答案为:4.
【变式1-2】在 中,若 ,则 =( )
A.1 B.2 C.3 D.4
【答案】A
【解析】
余弦定理 将各值代入
得
解得 或 (舍去)选A.
考点02利用正余弦定理判定三角形形状
例2、△ABC中,内角A,B,C所对的边分别为a,b,c,且2asinA=(2b+c)sinB+(2c+
b)sinC.
(1)求A的大小;
(2)若sinB+sinC=1,试判断△ABC的形状.
【解析】 (1)由已知,根据正弦定理得:2a2=(2b+c)b+(2c+b)c,即a2=b2+c2+bc,由
余弦定理得:a2=b2+c2-2bccosA,故cosA=-,A=120°.
(2)由(1)得:sin2A=sin2B+sin2C+sinBsinC,∵A=120°,∴=sin2B+sin2C+sinBsinC,与
sinB+sinC=1联立方程组解得:sinB=sinC=,∵0°<B<60°,0°<C<60°,故B=C=
30°,∴△ABC是等腰钝角三角形.
【变式】(1)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
(2)在△ABC中,角A,B,C的对边分别为a,b,c,若=,(b+c+a)(b+c-a)=3bc,则
△ABC的形状为( )
A.直角三角形 B.等腰非等边三角形
C.等边三角形 D.钝角三角形
【答案】 (1)B (2)C
【解析】(1)法一:因为bcos C+ccos B=asin A,
由正弦定理知sin Bcos C+sin Ccos B=sin Asin A,
得sin(B+C)=sin Asin A.
又sin(B+C)=sin A,得sin A=1,
即A=,因此△ABC是直角三角形.
法二:因为bcos C+ccos B=b·+c·==a,所以asin A=a,即sin A=1,故A=,因此
△ABC是直角三角形.
(2)因为=,所以=,所以b=c.
又(b+c+a)(b+c-a)=3bc,
所以b2+c2-a2=bc,
所以cos A===.
因为A∈(0,π),所以A=,
所以△ABC是等边三角形.
方法总结: 判定三角形形状的途径:①化边为角,通过三角变换找出角之间的关系;②
化角为边,通过代数变形找出边之间的关系.正(余)弦定理是转化的桥梁.考查转化与化
归思想.
考点三 运用正余弦定理研究三角形的面积
考点03 运用正余弦定理解决三角形的面积
例3、在△ABC中,角A,B,C的对边分别为a,b,c.已知bcosC+ccosB=2acosA.
(1) 求角A的大小;
(2) 若AB·AC=,求△ABC的面积.
【解析】
:(1) (解法1)在△ABC中,由正弦定理,及bcosC+ccosB=2acosA,
得sinBcosC+sinCcosB=2sinAcosA,
即sinA=2sinAcosA.
因为A∈(0,π),所以sinA≠0,
所以cosA=,所以A=.
(解法2)在△ABC中,由余弦定理,及bcosC+ccosB=2acosA,
得b+c=2a,
所以a2=b2+c2-bc,所以cosA==.
因为A∈(0,π),所以A=.
(2) 由AB·AC=cbcosA=,得bc=2,
所以△ABC的面积为S=bcsinA=×2×sin60°=【变式】在△ABC中,内角A,B,C所对的边分别为a,b,c.已知a≠b,c=,cos2A-
cos2B=sin Acos A-sin Bcos B.
(1) 求角C的大小;
(2) 若sin A=,求△ABC的面积.
【解析】
:(1) 由题意得 -=sin 2A-sin 2B,
即sin 2A-cos 2A=sin 2B-cos 2B,sin=sin.
由a≠b,得A≠B.又A+B∈(0,π),得2A-+2B-=π,即A+B=,所以C=.
(2) 由c=,sin A=,=,得a=.
由a<c,得A<C,从而cos A=,
故sin B=sin(A+C)=sin Acos C+cos Asin C=,
所以,△ABC的面积为S=acsin B=.
考点04 利用正弦、余弦定理解决距离及角度问题
例4、某市电力部门需要在A,B两地之间架设高压电线,因地理条件限制,不能直接测量
A,B两地距离. 现测量人员在相距 km的C,D两地(假设A,B,C,D在同一平面
上),测得∠ACB=75°,∠BCD=45°,∠ADC=30°,∠ADB=45°(如图),假如考虑到电
线的自然下垂和施工损耗等原因,实际所须电线长度大约应该是A,B距离的倍,问施工
单位至少应该准备多长的电线?
【解析】:在△ACD中,由已知可得∠CAD=30°,所以AC= km.
在△BCD中,由已知可得,∠CBD=60°.
sin75°=sin(45°+30°)=.
由正弦定理,BC==.
cos75°=cos(45°+30°)=.
在△ABC中,由余弦定理
AB2=AC2+BC2-2AC·BCcos∠BCA
=2+-2··cos75°=5 .
所以AB=,故施工单位应该准备电线长为 km
【变式4-1】在海岸A处,发现北偏东45°方向,距离A为(-1) nmile的B处有一艘走私
船,在A处北偏西75°的方向,距离A为2 nmile的C处的缉私船奉命以10 nmile/h的速度
追截走私船.此时,走私船正以10 nmile/h的速度从B处向北偏东30°方向逃窜,问缉私
船沿什么方向能最快追上走私船?【解析】: 如题图所示,注意到最快追上走私船且两船所用时间相等,若在D处相遇,
则可先在△ABC中求出BC,再在△BCD中求∠BCD.
设缉私船用t h在D处追上走私船,则有CD=10t,BD=10t,在△ABC中,
∵ AB=-1,AC=2,∠BAC=120°,
∴ 由余弦定理得BC2=AB2+AC2-2AB·AC·cos∠BAC
=(-1)2+22-2·(-1)·2·cos120°=6,
∴ BC=.
∵ cos∠CBA===,
∴ ∠CBA=45°,即B在C正东.
∵ ∠CBD=90°+30°=120°,在△BCD中,由正弦定理得
sin∠BCD===,
∴ ∠BCD=30°.
即缉私船沿北偏东60°方向能最快追上走私船.
考点05 正余弦定理在三角形中的运用
例 5 、 如 图 , 在 中 , 已 知 点 在 边 上 , , ,
, .
(1)求 的值;
B
(2)求 的长.
D
A C
【解析】
:(1)在 中, , ,
所以 .同理可得, .
所以
.
(2)在 中,由正弦定理得, .
又 ,所以 .
在 中,由余弦定理得,
.
【变式 5-1】如图,在梯形 ABCD 中,已知 AD∥BC,AD=1,BD=2,∠CAD=,
tan∠ADC=-2.
(1) 求CD的长;
(2) 求△BCD的面积.
【解析】:
(1)因为tan∠ADC=-2,且∠ADC∈(0,π),所以sin∠ADC=,cos∠ADC=-.
所以sin∠ACD=sin
=sin
=sin∠ADC·cos+cos∠ADC·sin
=,(6分)
在△ADC中,由正弦定理得CD==
因为AD∥BC, 所以cos∠BCD=-cos∠ADC=,sin∠BCD=sin∠ADC=
在△BDC中,由余弦定理得BD2=BC2+CD2-2BC·CD·cos∠BCD,
得BC2-2BC-35=0,解得BC=7, (12分)
所以S =BC·CD·sin∠BCD=×7××=7.
△BCD
【变式5-2】如图,在四边形ABCD中,已知AB=13,AC=10,AD=5,CD=,AB·AC
=50.
(1) 求cos∠BAC的值;
(2) 求sin∠CAD的值;(3) 求△BAD的面积.
【解析】:
(1) 因为AB·AC=cos∠BAC,
所以cos∠BAC===.
(2) 在△ADC中,AC=10,AD=5,CD=.
由余弦定理,得cos∠CAD===.
因为∠CAD∈(0,π),所以sin∠CAD===.
(3) 由(1)知,cos∠BAC=.
因为∠BAC∈(0,π),
所以sin∠BAC===.
从而sin∠BAD=sin(∠BAC+∠CAD)
=sin∠BACcos∠CAD+cos∠BACsin∠CAD
=×+×=.
所以S =AB·AD·sin∠BAD=×13×5×
△BAD
【考点易错】
π
3
1. 如图,在△ABC中,∠B= ,AB=8,点D在边BC上,且CD=2,cos∠ADC=
1
7
.
(1)求sin∠BAD;
(2)求BD,AC的长.3√3
14
【答案】(1) ; (2) 7
【点拨】(1)在三角形ADC中,由已知条件和外角定理可求得sin∠BAD;(2)利用
正弦定理和余弦定理分别求得BD,AC的长。
1
7
【解析】(1)在△ABC中,∵cos∠ADC= ,
4√3
7
∴sin∠ADC= ,
则sin∠BAD=sin(∠ADC-∠B)=sin∠ADC•cosB-cos∠ADC•sinB
4√3 1 1 √3 3√3
× − × =
7 2 7 2 14
= .
3√3
8×
AB×sin∠BAD 14
BD= = =3
sin∠ADB 4√3
7
(2)在△ABD中,由正弦定理得 ,
在△ABC中,
1
2
由余弦定理得AC2=AB2+CB2-2AB•BCcosB=82+52-2×8×5× =49,
即AC=7.
【总结】解答此类问题应注意以下几点:(1)画出三角形,把相关数据标注在三角形中,
便于确定已知和所求;(2)明确求解所用的定理,有些题目正、余弦定理都可以求解;
(3)注意对三角形的内角和定理、大边对大角定理的灵活运用,避免增解、漏解的现象.
2.在△ABC中,角A,B,C的对边分别为a,b,c,A+C=2B.(1)求cos B的值;
(2)若b2=ac,求sin A sin C的值.
【点拨】由题设“A+C=2B”易知B=60°,又由边之间的关系“b2=ac”,如何求“sin A
sin C”的值?正、余弦定理的运用都可以求出值.
【解析】(1)由已知2B=A+C,A+B+C=180°,解得B=60°,所以 .
(2)解法一:由已知 ,及 ,
根据正弦定理得 ,
所以 .
解法二:由已知 ,及 ,根据余弦定理得 ,
解得a=c,所以A=C=B=60°,故 .
【总结】利用正弦定理和余弦定理求解三角形中的边、角等基本量是考试的重点,注意灵
活利用三角形中的内角和定理,实现角的互化,灵活利用正、余弦定理的变形.
3.在△ABC中,角A、B、C所对的边分别为a,b,c,已知 .
(1)求sinC的值;
(2)当a=2,2sinA=sinC时,求b及c的长.
【点拨】(1)利用二倍角公式及三角形内角的范围,易求得sinC的值;(2)首先利用正
弦定理将角化为边,易求得边c,要求边b,考虑用余弦定理,即先求出cosC的值.
【解析】
(1)因为 ,及 ,所以 .
(2)当a=2,2sinA=sinC时,由正弦定理 ,得c=4.
由 ,及 得
.
由余弦定理得 ,得 .
解得 或 .
所以 或
【总结】解答该类题目要注意以下几个方面:(1)借助图形标注已知和所求;(2)利用
三角形的性质把相关条件化归到同一个三角形中;(3)注意灵活利用正、余弦定理,实施
边、角互化.
→ →
BA·BC
4. 在△ABC中,内角A、B、C的对边分别为a,b,c,且a>c,已知 =2,cosB
1
3
= ,b=3,求:(Ⅰ)a和c的值;(Ⅱ)cos(B-C)的值.
23
27
【答案】(Ⅰ) a=3,c=2,(Ⅱ) .
【点拨】(1)由平面向量的数量积,易求出ac=6,然后利用余弦定理求出即可;(2)画
出简易图,将已知条件在图上标出来,运用正弦定理求得角 的正弦值.
1
→ →
BA·BC 3
【解析】(Ⅰ)∵ =2,cosB= ,∴c•acosB=2,即ac=6①,
∵b=3,
∴由余弦定理得:b2=a2+c2-2accosB,即9=a2+c2-4,
∴a2+c2=13②,
联立①②得:a=3,c=2;
√ 1 2√2
√1−cos2B= 1−( ) 2 =
3 3
(Ⅱ)在△ABC中,sinB= ,
b c c 2 2√2 4√2
= × =
sinB sinC b 3 3 9
由正弦定理 得:sinC= sinB= ,
∵a=b>c,∴C为锐角,
√ 4√2 7
√1−sin2C= 1−( ) 2 =
9 9
∴cosC= ,
1 7 2√2 4√2 23
× =
3 9 3 9 27
则cos(B-C)=cosBcosC+sinBsinC= × + .
【总结】解答该类题目要注意以下几个方面:(1)借助图形标注已知和所求;(2)利用
三角形的性质把相关条件化归到同一个三角形中;(3)注意灵活利用正、余弦定理,实施
边、角互化.
5. 的内角A,B,C的对边分别为a,b,c,已知
(I)求C;
(II)若 的面积为 ,求 的周长.
【答案】
(I)由已知及正余弦定理得,
故 .
可得 ,所以 .(II)由已知,
又 ,所以
由已知及余弦定理得,
故 从而
所以 的周长为 。
6.在△ABC中,角A,B,C的对边分别为a,b,c.已知 .
(1)求证:
a= 2
(2)若 ,求△ABC的面积.
【解析】(1)证明:由 及正弦定理得:
,
即
整理得: ,所以 ,又
所以
(2) 由(1)及 可得 ,又所以 ,
所以三角形ABC的面积
【总结】本题考查解三角形,三角形的面积,三角恒等变换、三角和差公式以及正弦定理的
应用.高考中,三角解答题一般有两种题型:一、解三角形:主要是运用正余弦定理来求解边
长,角度,周长,面积等;二、三角函数的图像与性质:主要是运用和角公式,倍角公式,辅助角
公式进行三角恒等变换,求解三角函数的最小正周期,单调区间,最值(值域)等.来年需要注
意第二种题型的考查.
7.设锐角三角形 的内角 的对边分别为 , .
(1)求 的大小;(2)求 的取值范围.
【点拨】(1)利用正弦定理将边进行角的转换,求得B的正弦值,进而求B;(2)利用
三角形中的内角和定理,利用三角函数的知识进行求解.
【解析】(1)由 ,根据正弦定理得 ,所以 ,
由 为锐角三角形得 .
(2)
.
由 为锐角三角形知, , .
,所以 .
由此有 ,
所以 的取值范围为 .
【总结】本题考查解三角形,三角恒等变换以及正弦定理的应用.高考中,三角解答题一般有
两种题型:一、解三角形:主要是运用正余弦定理来求解边长,角度,周长,面积等;二、三角
函数的图像与性质:主要是运用和角公式,倍角公式,辅助角公式进行三角恒等变换,求解三
角函数的最小正周期,单调区间,最值(值域)等.来年需要注意第二种题型的考查.
【巩固提升】
1、在△ABC中,cosC= ,AC=4,BC=3,则cosB=
A. B.
C. D.
【答案】A
【解析】 在 中, , , ,
根据余弦定理: ,
,
可得 ,即 ,由 ,
故 .
故选:A.
2. 的内角 的对边分别为 , , ,若 的面积为 ,
则
A. B.
C. D.
【答案】C
【解析】由题可知 ,所以 ,
由余弦定理 ,得 ,因为 ,所以
,故选C.
3.泉城广场上矗立着的“泉标”,成为泉城济南的标志和象征.为了测量“泉标”高度,
某同学在“泉标”的正西方向的点A处测得“泉标”顶端的仰角为 ,沿点A向北偏东
前进100 m到达点B,在点B处测得“泉标”顶端的仰角为 ,则“泉标”的高度为
( )
A.50 m B.100 m C.120 m D.150 m
【答案】A
【解析】如图, 为“泉标”高度,设高为 米,由题意, 平面 , 米,
,
.
在 中, ,在 中, ,
在 中, ,, , ,
由余弦定理可得 ,
解得 或 (舍去),
故选:B.
4. 的内角 的对边分别为 .若 ,则 的面积
为_________.
【答案】
【解析】由余弦定理得 ,所以 ,即
,
解得 (舍去),所以 ,
5、某小区有一个四边形草坪ABCD,∠B=∠C=120°,AB=40 m,BC=CD=20 m,则
该四边形ABCD的面积等于__________m2.
【答案】:500
【解析】:连结BD,在△BCD中,BC=CD=20,∠BCD=120°,
∴ ∠CBD=30°,BD=20,S =×20×20×sin120°=100.
BCD
在△ABD中,∠ABD=120°-△30°=90°,AB=40,BD=20,
∴ S =AB·BD=×40×20=400,
ABD
∴ 四△边形ABCD的面积是500 m2.
6、 如图,一栋建筑物的高为(30-10)m,在该建筑物的正东方向有一个通信塔CD.在它
们之间的地面点M(B,M,D三点共线)处测得楼顶A,塔顶C的仰角分别为15°和60°,在
楼顶A处测得塔顶C的仰角为30°,则通信塔CD的高为________ m.
【答案】:60
【解析】:如图,在Rt△ABM中,
AM=====20 m.
又易知∠MAN=∠AMB=15°,所以∠MAC=30°+15°=45°,
又∠AMC=180°-15°-60°=105°,从而∠ACM=30°.
在△AMC中,由正弦定理得=,解得MC=40.
在Rt△CMD中,CD=40×sin 60°=60 m,故通信塔CD的高为60 m.
7、 的内角A,B,C的对边分别为 ,已知 .
(I)求B;
(II)若 的周长为 的面积.
【解析】
(Ⅰ) ,,
,
,
.
,
.
(Ⅱ)由余弦定理得 ,
,
,
,
.
8、如图,甲船从A处以每小时30海里的速度沿正北方向航行,乙船在B处沿固定方向匀
速航行,B在A北偏西105°方向且与A相距10海里处.当甲船航行20分钟到达C处时,
乙船航行到甲船的北偏西120°方向的D处,此时两船相距10海里.
(1) 求乙船每小时航行多少海里?
(2) 在C处北偏西30°方向且与C相距海里处有一个暗礁E,暗礁E周围海里范围内为航行
危险区域.问:甲、乙两船按原航向和速度航行有无危险?如有危险,从有危险开始多少
小时后能脱离危险;如无危险,请说明理由.【解析】::(1) 如图,连结AD,由题知CD=10,AC=×30=10,∠ACD=60°,
∴ △ACD是等边三角形.
∴ AD=10.
又∠DAB=45°,在△ABD中,由余弦定理得
BD2=AD2+AB2-2AB×ADcos45°=100,
∴ BD=10,v=10×3=30(海里).
答:乙船的速度为每小时30海里.
(2) 在海平面内,以B点为原点,分别以东西方向作x轴,以南北方向作y轴,建立如图所
示平面直角坐标系.危险区域在以E为圆心,半径为r=的圆内.
∵ ∠DAB=∠DBA=45°,易知直线BD的方程为y=x,
E的横坐标为ABcos15°-CEsin30°,纵坐标为ABsin15°+CEcos30°+AC,
求得A(5+5,5-5),C(5+5,5+5),E.
点E到直线BD的距离为
D==1<,故乙船有危险;
1
点E到直线AC的距离为D=>,故甲船没有危险.
2
以E为圆心,半径为的圆截直线BD所得的弦长分别为l=2=2,
乙船遭遇危险持续时间为t==(小时).
9、在① ,② ,③ 这三个条件中任选一个,补充在下面问题中,
若问题中的三角形存在,求 的值;若问题中的三角形不存在,说明理由.
问题:是否存在 ,它的内角 的对边分别为 ,且 ,
,________?
注:如果选择多个条件分别解答,按第一个解答计分.
【解析】方案一:选条件①.
由 和余弦定理得 .
由 及正弦定理得 .
于是 ,由此可得 .
由① ,解得 .
因此,选条件①时问题中的三角形存在,此时 .方案二:选条件②.
由 和余弦定理得 .
由 及正弦定理得 .
于是 ,由此可得 , , .
由② ,所以 .
因此,选条件②时问题中的三角形存在,此时 .
方案三:选条件③.
由 和余弦定理得 .
由 及正弦定理得 .
于是 ,由此可得 .
由③ ,与 矛盾.
因此,选条件③时问题中的三角形不存在.
10.在△ABC中,角A,B,C的对边分别为a,b,c,已知 .
(1)求 的值;
(2)在边BC上取一点D,使得 ,求 的值.【答案】(1) ;(2) .
【解析】(1)由余弦定理得 ,所以
.
由正弦定理得 .
(2)由于 , ,所以 .
.
由于 ,所以 ,所以
所以
.
由于 ,所以 .
所以 .