第四章 §4.7 正弦定理、余弦定理 学案(Word版含解析)

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第四章 §4.7 正弦定理、余弦定理 学案(Word版含解析)

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§4.7 正弦定理、余弦定理
考试要求 1.掌握正弦定理、余弦定理及其变形.2.能利用正弦定理、余弦定理解决一些简单的三角形度量问题.
知识梳理
1.正弦定理与余弦定理
定理 正弦定理 余弦定理
内容 ===2R a2=b2+c2-2bccos A; b2=c2+a2-2cacos B; c2=a2+b2-2abcos C
变形 (1)a=2Rsin A, b=2Rsin B, c=2Rsin C; (2)asin B =bsin A, bsin C=csin B, asin C=csin A cos A=; cos B=; cos C=
2.三角形中常用的面积公式
(1)S=aha(ha表示边a上的高);
(2)S=absin C=acsin B=bcsin A;
(3)S=r(a+b+c)(r为三角形的内切圆半径).
常用结论
在△ABC中,常有以下结论:
(1)∠A+∠B+∠C=π.
(2)任意两边之和大于第三边,任意两边之差小于第三边.
(3)a>b A>B sin A>sin B,cos A(4)sin(A+B)=sin C;cos(A+B)=-cos C;tan(A+B)=-tan C;sin =cos ;cos =sin .
(5)三角形中的射影定理
在△ABC中,a=bcos C+ccos B;b=acos C+ccos A;c=bcos A+acos B.
思考辨析
判断下列结论是否正确(请在括号中打“√”或“×”)
(1)三角形中三边之比等于相应的三个内角之比.( × )
(2)在△ABC中,若sin A>sin B,则A>B.( √ )
(3)在△ABC的六个元素中,已知任意三个元素可求其他元素.( × )
(4)当b2+c2-a2>0时,△ABC为锐角三角形.( × )
教材改编题
1.在△ABC中,AB=5,AC=3,BC=7,则∠BAC等于(  )
A. B.
C. D.
答案 C
解析 因为在△ABC中,
设AB=c=5,AC=b=3,BC=a=7,
所以由余弦定理得
cos∠BAC===-,
因为∠BAC为△ABC的内角,
所以∠BAC=.
2.在△ABC中,若A=60°,a=4,b=4,则B= .
答案 45°
解析 由正弦定理知=,
则sin B===.
又a>b,则A>B,所以B为锐角,故B=45°.
3.在△ABC中,a=2,b=3,C=60°,则c= ,△ABC的面积= .
答案  
解析 易知c==,
△ABC的面积等于×2×3×=.
题型一 利用正弦定理、余弦定理解三角形
例1 (12分)(2021·新高考全国Ⅰ)记△ABC的内角A,B,C的对边分别为a,b,c.已知b2=ac,点D在边AC上,BD·sin∠ABC=asin C.
(1)证明:BD=b;[切入点:角转化为边]
(2)若AD=2DC,求cos∠ABC.[关键点:∠BDA和∠BDC互补]
高考改编
在△ABC中,内角A,B,C的对边分别为a,b,c,已知bsin C+asin A=bsin B+csin C.
(1)求A;
(2)设D是线段BC的中点,若c=2,AD=,求a.
解 (1)根据正弦定理,
由bsin C+asin A=bsin B+csin C,
可得bc+a2=b2+c2,
即bc=b2+c2-a2,
由余弦定理可得,cos A==,
因为A为三角形内角,所以A=.
(2)因为D是线段BC的中点,c=2,AD=,
所以∠ADB+∠ADC=π,
则cos∠ADB+cos∠ADC=0,
所以+=0,
即+=0,
整理得a2=2b2-44,
又a2=b2+c2-2bccos A=b2+4-2b,
所以b2+4-2b=2b2-44,
解得b=6或b=-8(舍),
因此a2=2b2-44=28,
所以a=2.
思维升华 解三角形问题的技巧
(1)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.
(2)三角形解的个数的判断:已知两角和一边,该三角形是确定的,其解是唯一的;已知两边和一边的对角,该三角形具有不唯一性,通常根据三角函数值的有界性和大边对大角定理进行判断.
跟踪训练1 (2021·北京)已知在△ABC中,c=2bcos B,C=.
(1)求B的大小;
(2)在下列三个条件中选择一个作为已知,使△ABC存在且唯一确定,并求出BC边上的中线的长度.
①c=b;②周长为4+2;③面积为S△ABC=.
解 (1)∵c=2bcos B,
则由正弦定理可得sin C=2sin Bcos B,
∴sin 2B=sin =,∵C=,
∴B∈,2B∈,
∴2B=,解得B=.
(2)若选择①:由正弦定理结合(1)可得
===,
与c=b矛盾,故这样的△ABC不存在;
若选择②:由(1)可得A=,
设△ABC的外接圆半径为R,
则由正弦定理可得a=b=2Rsin =R,
c=2Rsin =R,
则周长为a+b+c=2R+R=4+2,
解得R=2,则a=2,c=2,
由余弦定理可得BC边上的中线的长度为
=;
若选择③:由(1)可得A=,即a=b,
则S△ABC=absin C=a2×=,
解得a=,
则由余弦定理可得BC边上的中线的长度为
==.
题型二 正弦定理、余弦定理的简单应用
命题点1 三角形形状判断
例2 在△ABC中,=sin2 (a,b,c分别为角A,B,C的对边),则△ABC的形状为(  )
A.直角三角形
B.等边三角形
C.等腰三角形或直角三角形
D.等腰直角三角形
答案 A
解析 由cos B=1-2sin2 ,
得sin2 =,
所以=,
即cos B=.
方法一 由余弦定理得=,
即a2+c2-b2=2a2,
所以a2+b2=c2.所以△ABC为直角三角形,无法判断两直角边是否相等.
方法二 由正弦定理得cos B=,
又sin A=sin(B+C)=sin Bcos C+cos Bsin C,
所以cos Bsin C=sin Bcos C+cos Bsin C,
即sin Bcos C=0,又sin B≠0,
所以cos C=0,又角C为三角形的内角,
所以C=,所以△ABC为直角三角形,无法判断两直角边是否相等.
延伸探究 将“=sin2 ”改为“=,(b+c+a)(b+c-a)=3bc”,试判断△ABC的形状.
解 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.
思维升华 判断三角形形状的两种思路
(1)化边:通过因式分解、配方等得出边的相应关系,从而判断三角形的形状.
(2)化角:通过三角恒等变形,得出内角的关系,从而判断三角形的形状.此时要注意应用A+B+C=π这个结论.
命题点2 三角形的面积
例3 (2022·沧州模拟)在①sin A,sin C,sin B成等差数列;②a∶b∶c=4∶3∶2;③bcos A=1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,求该三角形面积的值;若问题中的三角形不存在,说明理由.
问题:是否存在△ABC,它的内角A,B,C的对边分别为a,b,c,且a(sin A-sin B)+bsin B =csin C,c=1, ?
注:如果选择多个条件分别解答,按第一个解答计分.
解 因为a(sin A-sin B)+bsin B=csin C,
由正弦定理得a(a-b)+b2=c2,
即a2+b2-c2=ab,
所以cos C==,
又C∈(0,π),
所以C=.
选择①:
因为sin A,sin C,sin B成等差数列,
所以sin A+sin B=2sin C,即a+b=2c=2,
由a2+b2-c2=a2+b2-1=ab,
得(a+b)2-3ab=1,所以ab=1,
故存在满足题意的△ABC,
S△ABC=absin C=×1×sin =.
选择②:
因为a∶b∶c=4∶3∶2,
所以A>B>C=,
这与A+B+C=π矛盾,所以△ABC不存在.
选择③:
因为bcos A=1,
所以b·=1,
得b2=1+a2=c2+a2,
所以B=,此时△ABC存在.
又C=,所以A=,
所以a=1×tan =,
所以S△ABC=ac=.
思维升华 三角形面积公式的应用原则
(1)对于面积公式S=absin C=acsin B=bcsin A,一般是已知哪一个角就使用哪一个公式.
(2)与面积有关的问题,一般要用到正弦定理或余弦定理进行边和角的转化.
命题点3 与平面几何有关的问题
例4 如图,在平面四边形ABCD中,已知A=,B=,AB=6.在AB边上取点E,使得BE=1,连接EC,ED.若∠CED=,EC=.
(1)求sin∠BCE的值;
(2)求CD的长.
解 (1)在△BEC中,由正弦定理,
知=.
∵B=,BE=1,CE=,
∴sin∠BCE===.
(2)∵∠CED=B=,∴∠DEA=∠BCE,
∴cos∠DEA=
===.
∵A=,
∴△AED为直角三角形,又AE=5,
∴ED===2.
在△CED中,
CD2=CE2+DE2-2CE·DE·cos∠CED
=7+28-2××2×=49.
∴CD=7.
教师备选
1.在△ABC中,已知a2+b2-c2=ab,且2cos Asin B=sin C,则该三角形的形状是(  )
A.直角三角形 B.等腰三角形
C.等边三角形 D.钝角三角形
答案 C
解析 ∵a2+b2-c2=ab,
∴cos C==,
又C∈(0,π),
∴C=,
由2cos Asin B=sin C,
得cos A===,
∴b2=a2,即b=a,又C=,
故三角形为等边三角形.
2.已知△ABC的内角A,B,C所对的边分别为a,b,c,且acos C-ccos(B+C)=-.
(1)求tan C;
(2)若c=3,sin Asin B=,求△ABC的面积.
解 (1)∵acos C-ccos(B+C)
=-,
∴acos C+ccos A=.
由正弦定理得sin Acos C+sin Ccos A=,
∴sin(A+C)=,
即sin B=,
又∵sin B≠0,
∴cos C=,
∴sin C==,
tan C==2.
(2)若c=3,由正弦定理==,
得===,
则a=sin A,b=sin B,
则ab=sin A·sin B=sin Asin B
=×=6,
∴S△ABC=absin C=×6×=2.
思维升华 平面几何图形中研究或求与角有关的长度、角度、面积的最值、优化设计等问题,通常是转化到三角形中,利用正、余弦定理通过运算的方法加以解决.在解决某些具体问题时,常先引入变量,如边长、角度等,然后把要解三角形的边或角用所设变量表示出来,再利用正、余弦定理列出方程,解之,若研究最值,常使用函数思想.
跟踪训练2 (1)在△ABC中,内角A,B,C所对的边分别是a,b,c,若c-acos B=
(2a-b)cos A,则△ABC的形状为(  )
A.等腰三角形
B.直角三角形
C.等腰直角三角形
D.等腰或直角三角形
答案 D
解析 因为c-acos B=(2a-b)cos A,
C=π-(A+B),
所以由正弦定理得sin C-sin Acos B
=2sin Acos A-sin Bcos A,
所以sin Acos B+cos Asin B-sin Acos B
=2sin Acos A-sin Bcos A,
所以cos A(sin B-sin A)=0,
所以cos A=0或sin B=sin A,
所以A=或B=A或B=π-A(舍去),
所以△ABC为等腰或直角三角形.
(2)(2022·郑州模拟)如图,在△ABC中,AB=9,cos B=,点D在BC边上,AD=7,∠ADB为锐角.
①求BD;
②若∠BAD=∠DAC,求sin C的值及CD的长.
解 ①在△ABD中,由余弦定理得
AB2+BD2-2AB·BD·cos B=AD2,
整理得BD2-12BD+32=0,
所以BD=8或BD=4.
当BD=4时,cos∠ADB==-,
则∠ADB>,不符合题意,舍去;
当BD=8时,cos∠ADB==,
则∠ADB<,符合题意,
所以BD=8.
②在△ABD中,
cos∠BAD==
=,
所以sin∠BAD=,
又sin∠ADB=,
所以sin C=sin(∠ADB-∠CAD)
=sin(∠ADB-∠BAD)
=sin∠ADBcos∠BAD -cos∠ADBsin∠BAD
=×-×
=,
在△ACD中,由正弦定理得=,
即CD=·sin∠CAD=×
=.
课时精练
1.△ABC的内角A,B,C的对边分别为a,b,c.若△ABC的面积为,则C等于(  )
A. B.
C. D.
答案 C
解析 根据题意及三角形的面积公式知
absin C=,
所以sin C==cos C,
所以在△ABC中,C=.
2.(2022·北京西城区模拟)在△ABC中,C=60°,a+2b=8,sin A=6sin B,则c等于(  )
A. B.
C.6 D.5
答案 B
解析 因为sin A=6sin B,
由正弦定理可得a=6b,
又a+2b=8,所以a=6,b=1,
因为C=60°,
所以c2=a2+b2-2abcos C,
即c2=62+12-2×1×6×,
解得c=.
3.(2022·济南质检)已知△ABC的内角A,B,C对应的边分别为a,b,c,a=4,cos 2A=
-,则△ABC外接圆半径为(  )
A.5 B.3 C. D.
答案 C
解析 因为cos 2A=-,
所以1-2sin2A=-,
解得sin A=±,
因为A∈(0,π),
所以sin A=,
又a=4,所以2R===5,
所以R=.
4.(2022·河南九师联盟联考)在△ABC中,角A,B,C的对边分别为a,b,c,若c=2b,sin2A-3sin2B=sin Asin C,则角C等于(  )
A. B.
C. D.
答案 B
解析 ∵sin2A-3sin2B=sin Asin C,
由正弦定理可得a2-3b2=ac,
∵c=2b,
∴a2-3b2=a·2b=ab,
由余弦定理可得cos C===,
∵05.(多选)(2022·山东多校联考)在△ABC中,角A,B,C的对边分别为a,b,c,2bsin A=acos B,
AB=2,AC=2,D为BC的中点,E为AC上的点,且BE为∠ABC的平分线,下列结论正确的是(  )
A.cos∠BAC=- B.S△ABC=3
C.BE=2 D.AD=
答案 AD
解析 由正弦定理可知
2sin Bsin A=sin Acos B,
∵sin A≠0,
∴2sin B=cos B.
又sin2B+cos2B=1,
∴sin B=,cos B=,
在△ABC中,
AC2=AB2+BC2-2AB·BCcos B,
得BC=6.
A项,
cos∠BAC==
=-;
B项,S△ABC=AB·BCsin B=×2×6×=2;
C项,由角平分线性质可知==,
∴AE=.
BE2=AB2+AE2-2AB·AEcos A=4+-2×2××=,
∴BE=;
D项,在△ABD中,
AD2=AB2+BD2-2AB·BDcos B
=4+9-2×2×3×=5,
∴AD=.
6.(多选)(2022·张家口质检)下列命题中,正确的是(  )
A.在△ABC中,A>B,则sin A>sin B
B.在锐角△ABC中,不等式sin A>cos B恒成立
C.在△ABC中,若acos A=bcos B,则△ABC必是等腰直角三角形
D.在△ABC中,若B=60°,b2=ac,则△ABC必是等边三角形
答案 ABD
解析 对于A,由A>B,可得a>b,
利用正弦定理可得sin A>sin B,正确;
对于B,在锐角△ABC中,A,B∈,
∵A+B>,
∴>A>-B>0,
∴sin A>sin=cos B,
∴不等式sin A>cos B恒成立,正确;
对于C,在△ABC中,由acos A=bcos B,
利用正弦定理可得sin Acos A=sin Bcos B,
∴sin 2A=sin 2B,
∵A,B∈(0,π),
∴2A=2B或2A=π-2B,
∴A=B或A+B=,
∴△ABC是等腰三角形或直角三角形,
∴是假命题,错误;
对于D,由于B=60°,b2=ac,
由余弦定理可得b2=ac=a2+c2-ac,
可得(a-c)2=0,解得a=c,
可得A=C=B=60°,故正确.
7.(2022·潍坊质检)已知△ABC的内角A,B,C的对边分别是a,b,c,且b=3,a-c=2,A=.则△ABC的面积为 .
答案 
解析 由余弦定理得a2=b2+c2-2bccos A,
∵b=3,a-c=2,A=,
∴(c+2)2=32+c2-2×3c×,
解得c=5,
则△ABC的面积为
S=bcsin A=×3×5×=.
8.(2021·全国乙卷)记△ABC的内角A,B,C的对边分别为a,b,c,面积为,B=60°,a2+c2=3ac,则b= .
答案 2
解析 由题意得S△ABC=acsin B=ac=,则ac=4,所以a2+c2=3ac=3×4=12,所以b2=a2+c2-2accos B=12-2×4×=8,则b=2(负值舍去).
9.(2022·南平模拟)在①2ccos B=2a-b,②△ABC的面积为(a2+b2-c2),③cos2A-cos2C=sin2B-sin Asin B,这三个条件中任选一个,补充在下面的问题中,并加以解答.(如果选择多个条件作答,则按所选的第一个条件给分)
已知△ABC的内角A,B,C所对的边分别是a,b,c,且 .
(1)求角C的大小;
(2)若c=2且4sin Asin B=3,求△ABC的面积.
解 (1)若选条件①2ccos B=2a-b,
则2c·=2a-b,
即a2+b2-c2=ab,
所以cos C=,
又因为C∈(0,π),所以C=.
若选条件②△ABC的面积为(a2+b2-c2),
则(a2+b2-c2)=absin C,
即sin C=cos C,
所以tan C=,
又因为C∈(0,π),
所以C=.
若选条件③cos2A-cos2C=sin2B-sin Asin B,
则(1-sin2A)-(1-sin2C)=sin2B-sin Asin B,
即sin2A+sin2B-sin2C=sin Asin B,
即a2+b2-c2=ab,
所以cos C=,
又因为C∈(0,π),所以C=.
(2)因为c=2,
所以====,
所以sin A=a,sin B=b,
又因为4sin Asin B=3,所以ab=4,
△ABC的面积为absin C=.
10.(2022·湘豫联盟联考)如图,在△ABC中,∠B=60°,AB=8,AD=7,点D在BC上,且cos∠ADC=.
(1)求BD;
(2)若cos∠CAD=,求△ABC的面积.
解 (1)∵cos∠ADB=cos(π-∠ADC)
=-cos∠ADC=-.
在△ABD中,由余弦定理得
82=BD2+72-2·BD·7·cos∠ADB,
解得BD=3或BD=-5(舍).
(2)由已知sin∠ADC=,sin∠CAD=,
∴sin C=sin(∠ADC+∠CAD)=×+×=.
由正弦定理得
CD===,
∴BC=3+=,
∴S△ABC=×8××=.
11.在△ABC中,三个内角A,B,C的对边分别为a,b,c,若△ABC的面积为S,且4S=(a+b)2-c2,则sin等于 (  )
A.1 B.-
C. D.
答案 C
解析 因为S=absin C,
cos C=,
所以2S=absin C,a2+b2-c2=2abcos C.
又4S=(a+b)2-c2=a2+b2-c2+2ab,
所以2absin C=2abcos C+2ab.
因为ab≠0,所以sin C=cos C+1.
因为sin2C+cos2C=1,
所以(cos C+1)2+cos2 C=1,
解得cos C=-1(舍去)或cos C=0,
所以sin C=1,
则sin=(sin C+cos C)=.
12.(2022·焦作模拟)在△ABC中,内角A,B,C的对边a,b,c依次成等差数列,△ABC的周长为15,且(sin A+sin B)2+cos2C=1+sin Asin B,则cos B等于(  )
A. B.
C. D.-
答案 B
解析 因为(sin A+sin B)2+cos2C
=1+sin Asin B,
所以sin2A+sin2B+2sin A·sin B+1-sin2C
=1+sin A·sin B,
所以由正弦定理得a2+b2-c2=-ab,
又a,b,c依次成等差数列,△ABC的周长为15,
即a+c=2b,a+b+c=15,

解得
cos B===.
13.(2022·开封模拟)在平面四边形ABCD中,BC⊥CD,∠B=,AB=3,AD=2,若AC=3,则CD为 .
答案 1或5
解析 因为在△ABC中,∠B=,AB=3,
AC=3,
由正弦定理可得=,
所以sin∠ACB===,
又BC⊥CD,所以∠ACB与∠ACD互余,
因此cos∠ACD=sin∠ACB=,
在△ACD中,AD=2,AC=3,
由余弦定理可得
cos∠ACD===,
所以CD2-6CD+5=0,
解得CD=1或CD=5.
14.(2022·大连模拟)托勒密(Ptolemy)是古希腊天文学家、地理学家、数学家,托勒密定理就是由其名字命名,该定理指出:圆的内接凸四边形两组对边乘积的和等于两条对角线的乘积.已知凸四边形ABCD的四个顶点在同一个圆的圆周上,AC,BD是其两条对角线,AB=AD,∠BAD=120°,AC=6,则四边形ABCD的面积为 .
答案 9
解析 在△ABD中,设AB=a,由余弦定理得
BD2=AB2+AD2-2AB·AD·cos∠BAD=3a2,所以BD=a,
由托勒密定理可得a(BC+CD)=AC·a,
即BC+CD=AC,
又∠ABD=∠ACD=30°,
所以四边形ABCD的面积
S=BC·ACsin 30°+CD·ACsin 30°
=(BC+CD)·AC=AC2=9.
15.(多选)中国南宋时期杰出数学家秦九韶在《数书九章》中提出了“三斜求积术”,即以小斜幂,并大斜幂,减中斜幂,余半之,自乘于上;以小斜幂乘大斜幂,减上,余四约之,为实;一为从隅,开平方得积.把以上文字写成公式,即S=(S为三角形的面积,a,b,c为三角形的三边).现有△ABC满足sin A∶sin B∶sin C=2∶3∶,且△ABC的面积S△ABC=6,则下列结论正确的是(  )
A.△ABC的周长为10+2
B.△ABC的三个内角满足A+B=2C
C.△ABC的外接圆半径为
D.△ABC的中线CD的长为3
答案 AB
解析 A项,设△ABC的内角A,B,C所对的边分别为a,b,c,
因为sin A∶sin B∶sin C=2∶3∶,
所以由正弦定理可得a∶b∶c=2∶3∶,
设a=2t,b=3t,c=t(t>0),
因为S△ABC=6,
所以6=,
解得t=2,则a=4,b=6,c=2,
故△ABC的周长为10+2,A正确;
B项,因为
cos C===,
所以C=,A+B=π-==2C,
故B正确;
C项,因为C=,所以sin C=,
由正弦定理得2R===,
R=,
C错误;
D项,由余弦定理得
cos B===,
在△BCD中,BC=4,BD=,
由余弦定理得cos B==,
解得CD=,D错误.
16.(2021·新高考全国Ⅱ)在△ABC中,角A,B,C所对的边分别为a,b,c,b=a+1,c=a+2.
(1)若2sin C=3sin A,求△ABC的面积;
(2)是否存在正整数a,使得△ABC为钝角三角形?若存在,求出a的值;若不存在,说明理由.
解 (1)因为2sin C=3sin A,则2c=2(a+2)=3a,则a=4,故b=5,c=6,cos C==,所以C为锐角,
则sin C==,因此,
S△ABC=absin C=×4×5×=.
(2)显然c>b>a,若△ABC为钝角三角形,则C为钝角,
由余弦定理可得
cos C==
=<0,
则0由三角形三边关系可得a+a+1>a+2,
可得a>1,因为a∈N*,故a=2.

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