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微专题02 三角函数的范围与最值
【秒杀总结】
一、三角函数
中
的大小及取值范围
1、任意两条对称轴之间的距离为半周期的整数倍,即
;
2、任意两个对称中心之间的距离为半周期的整数倍,即
;
3、任意对称轴与对称中心之间的距离为
周期加半周期的整数倍,即
;
4、
在区间
内单调
且
5、
在区间
内不单调
内至少有一条对称轴,
6、
在区间
内没有零点
且
7、
在区间
内有
个零点
.
二、三角形范围与最值问题
1、坐标法:把动点转为为轨迹方程
2、几何法
3、引入角度,将边转化为角的关系
4、最值问题的求解,常用的方法有:(1)函数法;(2)导数法;(3)数形结合法;(4)基本不
等式法.要根据已知条件灵活选择方法求解.
【典型例题】
例1.(2024·江苏泰州·高三统考期末)函数
,若
恰有
6 个不同实数解,正实数
的范围为( )
A.
B.
C.
D.
【答案】D
【解析】由题知,
的实数解可转化为
或
的实数解,即
,
1
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当
时,
所以
时,
,
单调递增,
时,
,
单调递减,
如图所示:
所以
时
有最大值:
所以
时,由图可知
,
当
时,因为
,
,
所以
,
令
,则
则有
且
,如图所示:
因为
时,已有两个交点,
所以只需保证
与
及与
有四个交点即可,
所以只需
,解得
.
故选:D
例2.(2024·黑龙江哈尔滨·高三哈尔滨市第六中学校校考阶段练习)设函数
若
恰有5 个不同零点,则正实数
的范围为( )
2
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A.
B.
C.
D.
【答案】D
【解析】由题知,
零点的个数可转化为
与
交点的个数,
当
时,
所以
时,
,
单调递增,
时,
,
单调递减,
如图所示:
所以
时
有最大值:
所以
时,由图可知必有两个交点;
当
时,因为
,
,
所以
,
令
,则
则有
且
,如图所示:
因为
时,已有两个交点,
所以只需保证
与
有三个交点即可,
所以只需
,解得
.
故选:D
3
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例3.(2024·广东·统考模拟预测)已知函数
,则下述结论中错误的是( )
A.若
在
有且仅有
个零点,则
在
有且仅有
个极小值点
B.若
在
有且仅有
个零点,则
在
上单调递增
C.若
在
有且仅有
个零点,则
的范围是
D.若
图像关于
对称,且在
单调,则
的最大值为
【答案】B
【解析】利用正弦函数的图象和性质对每一个选项逐一分析判断得解.因为
,因为
在
有且仅有
个零点,所以
,所以
.所以选项C 正确;
此时,
在
有且仅有
个极小值点,故选项A 正确;
因为
,
因为
,所以当
时,所以
,此时函数不是单调函数,所以选项B 错误;
因为
图像关于
对称,所以
.
如果函数在
单调递增,
令
,所以
,
令
时,
函数的增区间为
,
所以此时不满足题意,所以该情况不存在.
4
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若
在
,
单调递减,
则
,且
,
,
即
,且
,
,
由上面两式可得
,
,故奇数
的最大值为11.
当
时,
,
,
,
.
此时
在
,
上不单调,不满足题意.
当
时,
,
,
,
,
此时
在
,
上单调递减,满足题意;
故
的最大值为9.故选项D 正确.
故选:B
例4.(2024·河南·高三校联考期末)在
中,角
所对的边分别为
,
,若表示
的面积,则
的最大值为( )
A.
B.
C.
D.
【答案】D
【解析】因为
,
由正弦定理得
,所以
,
由余弦定理得
,
所以
,
令
,则
,当且仅当
,即
时取等号,
所以
,
故选:D.
例5.(2024·山西临汾·校考模拟预测)在
中,点D 在
上,
,
,则
5
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的最大值为( )
A.
B.
C.
D.
【答案】B
【解析】依题意,由
,得
,
设
,由
,得
,
在
中,
,
在
中,
,
则
,
令
,则
,
由
,解得
,由
,解得
,
因此
在
上单调递增,在
上单调递减,
即当
时,
取得最大值,
因此当
时,
取得最大值为
,
所以
的最大值为
.
故选:B.
例6.(2024·山东德州·高三校考阶段练习)已知
中,角A,B,C 对应的边分别为a,b,c,D 是
AB 上的四等分点(靠近点A)且
,
,则
的最大值是( )
A.
B.
C.
D.
【答案】B
6
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【解析】因为
,
由正弦定理得
,可得
,即
,
所以
,
,则
,
设
,则
,且
,
在
中,
且
,则
,
在
中,由
,则
,
由
,即
,
又由正弦定理知
(
为
的外接圆半径),
所以
,
则
,即
,
又因为
,故当
,即
时,所以
.
故选:B.
例7.(2024·全国·河南省实验中学校考模拟预测)已知三角形
中,
,角
的平分线交
于
点
,若
,则三角形
面积的最大值为( )
A.1
B.2
C.3
D.4
【答案】C
【解析】在
中
,在
中
,
故
,
,
因为
,故
,
7
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又角
的平分线交
于点
,则
,故
.
故
.
以
为坐标原点建立如图平面直角坐标系,则因为
,
,
故
,
,设
,则
,
即
,故
,
化简可得
,即
,故点
的轨迹是以
为圆心,2 为半径的圆(除
去
).
故当
纵坐标最大,即
时
面积取最大值为
.
故选:C
例8.(2024·山东·高三校联考阶段练习)如图,在
中,
,点P 在边BC 上,且
.
(1)若
,求PB﹔
(2)求
面积的最小值.
【解析】(1)因为
,
所以在
中由余弦定理可得
,
所以
,解得
,
8
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由正弦定理得
,即
,解得
,
所以
,
,
在三角形ABC 中由正弦定理得:
,则
,
解得
,所以
;
(2)设
,则
,由于
,则
,
在
中由正弦定理得:
,解得
,
过A 点做BC 的垂线,交BC 于M 点,设三角形的面积为S,
则
,所以
,
所以
,
所以
即三角形ABC 面积的最大
值为
.
例9.(2024·山东青岛·高三统考期末)记
的内角A,B,C 的对边分别为a,b,c.已知
.
(1)若
,求C;
(2)若
,且
,求
的最小值.
【解析】(1)∵
,
9
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∴
,
∴
,
∴
,
∴
或者
,
由
,得
,从而
,
由
得
,
∴
,则
,而
,故
综上,
或
;
(2)∵
,∴
,即
,
由(1)知
,
,
又
,∴
,
∴
,
由正弦定理,
,
,
,当且仅当
时取等号,
∴
的最小值为
.
例10.(2024·全国·河南省实验中学校考模拟预测)记
的内角
的对边分别为
,已知
.
(1)求
;
(2)若
是
上的一点,且
,求
的最小值.
10
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【解析】(1)
,
又
,则
或
,
若
,则
;
若
,则
,又
,不符合题意,舍去,
综上所述
.
(2)
①,又
②,
①÷②得:
令
,又
,
,
令
令
,
令
,
当
时
,当
时
,
由对勾函数性质可得当
时,
为减函数,故
,
同理当
时
,
所以当三角形
为等边三角形时
最小,最小值为
【过关测试】
11
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一、单选题
1.(2024·江苏南京·高三期末)已知函数
在区间
上恰有两个最大值,则
实数
的取值范围是( )
A.
B.
C.
D.
【答案】D
【解析】因为
,则
,
所以由题意得:
,解得
.
故选:D.
2.(2024·安徽马鞍山·高三马鞍山二中校考阶段练习)如图,四边形
中
,
,
若
,且
,则
面积的最大值为( )
A.
B.
C.
D.
【答案】C
【解析】线段
上取点E 使得
,又
,
则
,故
,
所以
,则
,
设
,则
.
由上易知
,且
,而
,
所以
,则
,
结合
及
,且
,
由三角形内角性质
,所以
,
综上,
.
故选:C
12
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3.(2024·浙江杭州·高三统考期末)设函数
.若
为函数
的零
点,
为函数
的图象的对称轴,且
在区间
上有且只有一个极大值点,则
的最大值
为( )
A.
B.
C.
D.12
【答案】A
【解析】由已知得
,
,,
则
,
其中
,
因为
,
当
时,
当
时,
,
因为
在区间
上有且只有一个极大值点,
所以
,
解得
,
即
,
所以
,
当
时,
,此时
,此时有两个极大值点,舍去;
13
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当
时,
,此时
,此时有一个极大值点,成立;
所以
的最大值为
.
故选:A.
4.(2024·四川成都·高三成都七中校考期末)在锐角
中,角
,
,
所对的边分别为
,
,,
若
,则下列4 个结论中正确的有( )个.
①
;②
的取值范围为
;
③
的取值范围为
;
④
的最小值为
A.0 个
B.1 个
C.2 个
D.3 个
【答案】B
【解析】在
中,由正弦定理可将式子
化为
,
又
,
代入上式得
,即
,
因为
,则
,故
,
所以
或
,即
或
(舍去),
所以
,故A 错误;
选项B:因为
为锐角三角形,
,所以
,
由
解得
,故B 错误;
选项C:
,
因为
,所以
,
,
即
的取值范围为
,故C 正确;
选项D:
14
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,
当且仅当
,即
时取等号,
但因为
,所以
,
,无法取到等号,故D 错误.
故选:B.
5.(2024·湖北武汉·高三统考期末)已知函数
,
,若函数
在
上存在
最大值,但不存在最小值,则
的取值范围是( )
A.
B.
C.
D.
【答案】D
【解析】若
,则
,
又因为
,函数
在
上存在最大值,但不存在最小值,
所以当
,即
时,
只需满足
,此时
,
当
,即
时,
函数一定存在最大值,要让函数无最小值,则
,
此时
,
综上,
,即
的取值范围是
.
故选:D
6.(2024·四川绵阳·统考模拟预测)已知函数
在区间
上的最小值
恰为
,则所有满足条件的
的积属于区间( )
A.
B.
C.
D.
【答案】C
【解析】当
时
,因为此时
的最小值为
,
15
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所以
,即
.
若
,此时
能取到最小值
,即
,
代入可得
,满足要求;
若
取不到最小值
,则需满足
,即
,
在
上单调递减,所以存在唯一
符合题意;
所以
或者
,所以所有满足条件的
的积属于区间
,
故选:C
二、多选题
7.(2024·湖北·高三校联考阶段练习)在
中,内角
的对边分别为
,则下列说法中正确
的有( )
A.若
,则
面积的最大值为
B.若
,则
面积的最大值为
C.若角
的内角平分线交
于点
,且
,则
面积的最大值为3
D.若
为
的中点,且
,则
面积的最大值为
【答案】BCD
【解析】对于A,由余弦定理可得
,
即
,
由基本不等式可得
,
即
,当且仅当
时,等号成立,
所以
,所以A 错误;
对于B,由余弦定理可得
,
所以
,
因为
,所以
,当且仅当
时,等号成立,
所以
,即
面积的最大值为
,故B 正确;
16
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对于C,设
,
,则
,
,
在
和
中,分别运用正弦定理,得
和
.
因为
,所以
,即
,所以
,
由余弦定理可得
,所以
,
,当且仅当
时,等号成立,
所以
面积的最大值为3,所以C 正确;
对于D,设
,则
,在
中,由余弦定理得
,解得
,则
,
所以
,
所以当
即
时,
,D 正确.
故选:BCD.
8.(2024·山西·高三期末)函数
,则以下说法正确的有( )
A.若
,则
在
内恰有3 个零点
B.若
,则
在
内恰有3 个极值点
C.若
在
内有最小值点,则
D.若
在区间
单调,则
【答案】ACD
【解析】对于A,当
时,
,其零点满足
,故
,
故
,其中在区间
内恰有3 个,故A 正确;
17
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对于B,当
时,
,其极值点满足
,故
,
故
,其中在区间
内只有2 个,故B 错误;
对于C,
的最小值点满足
,解得
,
因为
,则最小值为
,令
,得
,故C 正确;
对于D,
的极值点满足
,即
,
若
在
单调,需
(*),
由
得
,即
,
当
时,解得
;当
时,解得
;
当
,解(*)得
,又
,故
;当
时,对应的
均为负值,故D 正确.
故选:ACD.
三、填空题
9.(2024·云南·高三云南师大附中校考阶段练习)已知函数
,
,下述五个
结论:①若
,且
在
有且仅有5 个零点,则
在
有且仅有3 个极大值点;②若
,且
在
有且仅有4 个零点,则
在
有且仅有3 个极小值点;③若
,且
在
有且仅有5 个零点,则
在
上单调递增
;④若
,且
在
有且仅有4 个零点,则
的范围是
;⑤若
的图象关于
对
称,
为它的一个零点,且在
上单调,则
的最大值为11.其中所有正确结论的编号是
.
【答案】①③④
【解析】画出
的大致图象,即可判断①②;
18
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对于③,由题可得
,当
时,
,所以
,故判断
③;
对于④,由
得
范围,故可判断④;
对于⑤,由题知
,又
在
上单调,所以
,
,将
,
代
入验证即可.①若
,
在
上有5 个零点,可画出大致图象,
由图3 可知,
在
有且仅有3 个极大值点,故①正确;
②若
,且
在
有且仅有4 个零点,同样由图可知
在
有且仅有2 个极小值点,故
②错误;
③若
,由
在
上有5 个零点,得
,即
,当
时,
,所以
,所以
在
上单调递增,故③正确;
④若
,因为
,∴
,∴
,因为
在
有且仅有4
个零点,所以
,所以
,所以④正确;
⑤若
的图象关于
对称,
为它的零点,则
(
,T 为周期),
得
,又
在
上单调,所以
,
,
又当
时,
,
,
在
上不单调;
当
时,
,
,
在
上单调,满足题意,故
的最大值为9,故⑤不正确.
故答案为:①③④
10.(2024·四川成都·高三石室中学开学考试)函数xoy
,已知
在区间
恰有三个零点,则
的范围为 .
19
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【答案】
【解析】由题意可得
,
令
,即
恰有三个实根,
三根为:①
,k
∵
,∴
∴
或
,
当k=-1 时,解得
的范围为
故答案为
11.(2024·河南南阳·高三统考期末)如图,点
为
内一点,
,
,
,
过点
作直线分别交射线
,
于
,
两点,则
的最大值为 .
【答案】
/
【解析】如图:
20
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设
,
,则
.
在
中,由正弦定理得:
;
同理,在
中,
.
所以
(当且仅当
时取等号)
故答案为:
12.(2024·河南·模拟预测)如图,四边形
中,
,
,
,
,则
面积的最大值为 .
【答案】
【解析】以E 为坐标原点,
为x 轴正方向建立平面直角坐标系,
则
,
,A 在圆①:
上,
D 在圆②:
上,
作圆③:
,
延长
交圆③于点F,则
,
所以
.
设直线
与圆②交于点G,
21
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取
,连接
,
,得
,
则
,则
,
为圆②内接三角形,当且仅当
为正三角形时,
最大,
此时
,所以
的最大值为
,
即
的最大值为
.
故答案为:
13.(2024·天津·高三统考期末)已知函数
满足
.若
在
上恰好有一个最小值和一个最大值,则
;若
在
上恰好有两个零点,
则
的取值范围是 .
【答案】 4
【解析】因为
,设
的最小值正周期为
,
若
在
上恰好有一个最小值和一个最大值,且
,
则
,所以
;
若
在
上恰好有两个零点,则
,解得
,
即
,且
,可得
,
因为
,则
,
22
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且
,
且
,
可得
或
或
,
解得
或
或
,
所以
的取值范围是
.
故答案为:4;
.
14.转化意识:利用三角恒等变换将所求函数转化为
的形式.
15.整体意识:类比
的性质,只需将
中的“
”看成
中的“x”,
采用整体代入求解.
16.(2024·黑龙江哈尔滨·高三哈师大附中校考阶段练习)在
中,
,
,当
取最大值时,
.
【答案】
【解析】设
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,其中
,
,
,
,
23
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当
时
取最大值
,
,
,
,
,
即
的值为
.
17.(2024·重庆·高三校联考阶段练习)在
中,角
的对边分别为
,
,,满足
,
,则
,
的面积最大值为 .
【答案】 12 3
【解析】由
可得
,
由
,则
,
,
因为
,所以
,故
,
又
,
,
则
,
因为
,所以
,
则
,
即
,
故
,
由正弦定理得
,
由余弦定理得
,
则
,则
;
因为
,
则
,
24
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则
,
当且仅当
,即
时取得等号.
故
,面积最大值为.
故答案为:12,3
18.(2024·全国·高三成都七中校联考开学考试)
的外心为
,三个内角
、
、
所对的边分别
为
、
、,
,
,则
面积的最大值是
【答案】
【解析】
取
边的中点
,连接
、
,
∵
为
的外心,
∴
,即
,
∵
为
边的中点,
∴
为
边的中线,
,
∴
,
又∵
,
∴
,整理得
,
∴由余弦定理可得
,∴
,
又
,由余弦定理
,即
,
∴由基本不等式
,即
,当且仅当
时,等号成立,
25
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∴
的面积
,
即当且仅当
时,
面积的最大值为
.
故答案为:
.
19.(2024·四川遂宁·高三射洪中学校考阶段练习)已知函数
,对
都有
,且
是
的一个零点.若
在
上有且只有一个零点,
则
的最大值为 .
【答案】
【解析】因为函数
,
对
都有
,且
是
的一个零点,
则
,解得
,
因为函数
在
上有且只有一个零点,
则方程
在
上有且只有一个根,
因为
,所以,存在唯一的
,使得函数
取到最大值,且
,
则
,解得
,
令
,则
,且
,
所以,
、
的奇偶性相同,
由
可得
,解得
,即
,
当
时,
,
为奇数,则
,所以,
,
由
可得
,
26
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此时,当
或
时,函数
取最大值,不合乎题意;
当
时,
,
为偶数,
,即
,
由
可得
,
此时,当
时,函数
取最大值,合乎题意.
综上所述,
的最大值为
.
故答案为:
.
20.(2024·四川成都·高三树德中学校考期末)在锐角三角形
中,角
所对的边为
,
且
.若点
为
的垂心,则
的最小值为 .
【答案】
【解析】根据
,
由正弦定理得,
,
因为锐角三角形
,所以
,
,
又
,
,易知
,
,又
,所以
,
然后利用面积公式和和差角公式求解即得.
如图,连接AH 并延长,与BC 交于点D,延长CH 与AB 交于点E,则
,
,
所以
,
,
,
所以
,
所以
,
27
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所以
,
又
,
,又
,
所以
,
,
因为
,所以
,
所以
,
所以
,所以
,
所以
,
,
故答案为:
21.(2024·安徽·高三校联考阶段练习)已知
,
,
,且
,
是函数
的两个零点,
,若函数
在区间
上至少有
个零点,则实数
的最小值为 .
【答案】
【解析】因为
,
,
,
所以
,
令
,即
,
28
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故当
,
是
的两个零点时,
为
的一个周期,
即
,解得
,故有
,
令
,则
,令
,
因为
在区间
上至少有
个零点,
则
在区间
上至少有
个不等根,
即
与
在区间
上至少有
个交点,其中
,
,
由图可知
,即
,
,
的最小值为
.
故答案为:
.
22.(2024·山东·山东省五莲县第一中学校联考模拟预测)已知
内角分别为
,且满足
,则
的最小值为 .
【答案】16
【解析】由题设
,
所以
,
所以
,
即
,
又
,
,
则
,
29
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当且仅当
时取等号,
所以
的最小值为
.
故答案为:
23.(2024·安徽·高三校联考阶段练习)已知
为
的内切圆圆心,
,
,
成等
差数列,则
的最小值等于 .
【答案】
/
【解析】设角
的对边为
,由已知得
,
故
,由余弦定理得,
,
即
,当且仅当
时等号成立,
又
,
,所以
,
又
,所以
,
故答案为:
24.(2024·福建龙岩·高三福建省连城县第一中学校考期末)在
中,角
,角A 的平分线AD 与
BC 边相交于点D,则
的最小值为 .
【答案】16
【解析】依题意,
,设
,
依题意
是角A 的角平分线,
,
由三角形的面积公式得
,
30
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整理得
,则
,
所以
.
当且仅当
,即
时,等号成立.
故答案为:
.
25.(2024·全国·模拟预测)在
中,
,D 为边BC 上一点,满足
且
,则
面积的最小值为 .
【答案】
【解析】因为
,所以
,
在
中,由正弦定理得
,
在
中,由正弦定理得
,
因为
,所以
,
故
,又
,故
,
所以AD 是
的平分线.
记
,
,
,则
,又因为
,
由面积公式可得
,
化简得
,
因为
,当且仅当
时取等号,
31
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所以
.
故答案为:
26.(2024·河北唐山·模拟预测)已知
为
与
的交点,若
为等边三角
形,则正数
的最小值为 .
【答案】
/
【解析】如下图所示:
由题意联立
与
得
,所以
,
所以不妨依次设
,则
中点
,
因为边三角形边长
,不妨设
,
又因为
,因此
,解得
,
结合
可知当且仅当
时,正数
取最小值
.
故答案为:
.
四、解答题
27.(2024·山西运城·统考模拟预测)
的内角A,B,C 的对边分别为a,b,c.
(1)求证:
;
(2)若
是锐角三角形,
,求的范围.
【解析】(1)由两角差的正弦公式,可得
,
又由正弦定理和余弦定理,可得
32
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,
所以
(2)由(1)知
因为
是锐角三角形,所以
,可得
,
又由
,可得
,所以
,所以
,
所以
,可得
,符合
.
所以实数的取值范围是
.
28.(2024·全国·高三专题练习)在
中,
.
(1)D 为线段
上一点,且
,求
长度;
(2)若
为锐角三角形,求
面积的范围.
【解析】(1)在
中,依题意得:
,
则有
,于是得
,而
,则
,
又
,则
,
在
中
,从而得等边
,即
,
,
在
中由余弦定理
得
,解得
;
(2)在
中,
,设
,由正弦定理
得:
33
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,
于是得
,
因
是锐角三角形,则
,且
,
于是有
,则
,即
,
,
从而得
,
所以
面积的取值范围是
.
29.(2024·福建莆田·高三莆田第六中学校考阶段练习)请从①
;②
;③
这三个条件中任选一个,补充在下列问题中,并加以解答.(如未作出选
择,则按照选择①评分)
在
中,a,b,c 分别是角A,B,C 的对边,若__________.
(1)求角B 的大小;
(2)若
为锐角三角形,
,求
的取值范围.
【解析】(1)若选①
因为
,
由正弦定理得
,
即
,
所以
,
由
,得
,所以
,即
,
因为
,所以
.
若选②
由余弦定理得
,化简得
,
即
,所以
.
因为
,所以
.
若选③
34
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由正弦定理得
,即
,
因为
,所以
,
所以
,所以
,
又因为
,所以
.
(2)在
中,由正弦定理
,得
,
由(1)知:
,又
代入上式得:
因为
为锐角三角形,所以
,解得
,
所以
,
,
所以
.
30.(2024·全国·高三阶段练习)如图所示,在
中,
是
上的点,
.
(1)若
,求证:
;
(2)若
,求
面积的最大值.
【解析】(1)由
,知
,
35
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,
结合题设,即
,
两边同除以
,得
;
(2)设
,则
,
中,由正弦定理,得
①,
中,由正弦定理,得
②,
②÷①,结合
,得
,
即
,
设
,即求函数
的最大值,
,
时,
,函数单调递增,
时,
,函数单调递减,
当
时,函数有最大值,
此时
,
面积的最大值为
.
31.(2024·四川成都·高三校联考阶段练习)如图,在平面凸四边形
中,
为边
的中点.
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(1)若
,求
的面积;
(2)求
的最大值.
【解析】(1)因为
,
,由余弦定理可得,
,
则
,且
,
,所以
,
则
的面积为
.
(2)
取线段
的中点为
,连接
,
设
,
,因为
,
由余弦定理可得,
,
由正弦定理可得,
,则
,
因为
分别为
的中点,所以
,且
,
所以
,且
,所以
,
在
中,由余弦定理可得,
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,
由
可得,
,
所以当
时,即
时,
取得最大值
,
所以
的最大值为
.
32.(2024·广东肇庆·高三统考阶段练习)如图,在四边形
中,
,
,
,
.
(1)若
,求
;
(2)求
的最大值.
【解析】(1)由题意知
,
,
,所以
.
在
中,
,
,
所以
.
在
中,由余弦定理得,
,
所以
.
(2)过点
作
于点
,由
,
,
,
,
38
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可得
,
,
设
,当
时,点
在点
的右侧,如图①,
,则
.
当
时,点
在点
的左侧,如图②,
,则
.
又
,所以当
,且
时,
.
当
时,点
与点
重合,
,满足上式,
所以
,其中
.
令
,则
,
所以
,
当且仅当
,即
,
时,等号成立,此时
取得最大值
,
因为
,所以
为锐角,
所以当
时,
取得最大值
.
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