2023年高考数学一轮复习学案第四章第6节 正弦定理和余弦定理(Word版含解析)

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2023年高考数学一轮复习学案第四章第6节 正弦定理和余弦定理(Word版含解析)

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第6节 正弦定理和余弦定理
考试要求 掌握正弦定理、余弦定理,并能解决一些简单的三角形度量问题.
1.正、余弦定理
在△ABC中,若角A,B,C所对的边分别是a,b,c,R为△ABC外接圆半径,则
定理 余弦定理 正弦定理
公式 a2=b2+c2-2bccos__A;b2=c2+a2-2cacos__B;c2=a2+b2-2abcos__C ===2R
常见变形 cos A=;cos B=;cos C= (1)a=2Rsin A,b=2Rsin__B,c=2Rsin__C;(2)sin A=,sin B=,sin C=;(3)a∶b∶c=sin__A∶sin__B∶sin__C;(4)asin B=bsin A,bsin C=csin B,asin C=csin A
2.在△ABC中,已知a,b和A时,解的情况如下:
A为锐角 A为钝角或直角
图形
关系式 a=bsin A bsin Ab a≤b
解的个数 一解 两解 一解 一解 无解
3.三角形常用面积公式
(1)S=a·ha(ha表示a边上的高).
(2)S=absin C=acsin B=bcsin A=.
(3)S=r(a+b+c)(r为内切圆半径).
1.三角形中的三角函数关系
(1)sin(A+B)=sin C;
(2)cos(A+B)=-cos C;
(3)sin=cos;
(4)cos=sin.
2.三角形中的射影定理
在△ABC中,a=bcos C+ccos B;b=acos C+ccos A;c=bcos A+acos B.
3.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 sin A>sin B cos A1.思考辨析(在括号内打“√”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;当b2+c2-a2=0时,△ABC为直角三角形;当b2+c2-a2<0时,△ABC为钝角三角形.(  )
答案 (1)× (2)√ (3)× (4)×
解析 (1)三角形中三边之比等于相应的三个内角的正弦值之比.
(3)已知三角时,不可求三边.
(4)当b2+c2-a2>0时,△ABC不一定为锐角三角形.
2.(2021·北京西城区一模)在△ABC中,C=60°,a+2b=8,sin A=6sin B,则c=(  )
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·全国百校大联考)在△ABC中,A,B,C的对边分别为a,b,c,若a,b是方程x2-3x+2=0的两个实数根,且△ABC的面积为,则C的大小是(  )
A.45° B.60°
C.60°或120° D.45°或135°
答案 D
解析 根据题意,得ab=2,则×2×sin C=,解得C=45°或C=135°.
4.(2020·全国Ⅲ卷)在△ABC中,cos C=,AC=4,BC=3,则tan B=(  )
A. B.2 C.4 D.8
答案 C
解析 由余弦定理得AB2=AC2+BC2-2AC·BCcos C=42+32-2×4×3×=9,得AB=3,所以AB=BC.过点B作BD⊥AC,交AC于点D,则AD=AC=2,BD==,
所以tan ∠ABD===,
所以tan ∠ABC==4.
5.(易错题)在△ABC中,已知b=40,c=20,C=60°,则此三角形的解的情况是(  )
A.有一解 B.有两解
C.无解 D.有解但解的个数不确定
答案 C
解析 由正弦定理得=,
∴sin B===>1.
∴角B不存在,即满足条件的三角形不存在.
6.(易错题)在△ABC中,角A,B,C,满足sin Acos C-sin Bcos C=0,则三角形的形状为________.
答案 直角三角形或等腰三角形
解析 由已知得cos C(sin A-sin B)=0,所以cos C=0或sin A=sin B,解得C=90°或A=B,所以△ABC是直角三角形或等腰三角形.
考点一 利用正、余弦定理解三角形
例1 (2021·新高考Ⅰ卷)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,BDsin ∠ABC=asin C.
(1)证明:BD=b.
(2)若AD=2DC,求cos ∠ABC.
(1)证明 因为BDsin∠ABC=asin C,
所以由正弦定理得,BD·b=ac,
又b2=ac,所以BD·b=b2,
又b>0,所以BD=b.
(2)解 法一 如图所示,过点D作DE∥BC交AB于E,
因为AD=2DC,
所以==2,
=,
所以BE=,DE=a.
在△BDE中,cos∠BED=
==
=.
在△ABC中,cos∠ABC=
==.
因为∠BED=π-∠ABC,
所以cos∠BED=-cos ∠ABC,
所以=-,
化简得3c2+6a2-11ac=0,
方程两边同时除以a2,
得3-11+6=0,
解得=或=3.
当=,即c=a时,cos ∠ABC===;
当=3,即c=3a时,
cos ∠ABC===>1(舍).
综上,cos ∠ABC=.
法二 因为=2,
所以=+,
所以2=2+·+2.
因为BD=b,
所以b2=a2+accos∠ABC+c2,
所以9b2=4a2+4accos∠ABC+c2.①
又b2=ac=a2+c2-2accos∠ABC,②
所以①-②,得8ac=3a2+6accos∠ABC,
所以cos∠ABC==-.
由①②知
所以11=+,
所以6-11×+3=0,解得=或=.
当=时,cos∠ABC=-=;
当=时,cos∠ABC=-=(不合题意,舍去).
所以cos∠ABC=.
感悟提升 (1)正弦定理、余弦定理的作用是在已知三角形部分元素的情况下求解其余元素,基本思想是方程思想,即根据正弦定理、余弦定理列出关于未知元素的方程,通过解方程求得未知元素.
(2)正弦定理、余弦定理的另一个作用是实现三角形边角关系的互化,解题时可以把已知条件化为角的三角函数关系,也可以把已知条件化为三角形边的关系.
训练1 (1)△ABC的内角A,B,C的对边分别为a,b,c,已知C=60°,b=,c=3,则A=________.
答案 75°
解析 由正弦定理,得sin B===,所以B=45°或135°,因为b(2)已知△ABC的内角A,B,C所对的边分别为a,b,c,若bsin 2A=asin B,且c=2b,则等于(  )
A.2 B.3 C. D.
答案 D
解析 由正弦定理及bsin 2A=asin B,得2sin Bsin Acos A=sin Asin B,又sin A≠0,sin B≠0,则cos A=.又c=2b,所以由余弦定理得a2=b2+c2-2bccos A=b2+4b2-4b2×=3b2,得=.故选D.
 考点二 判断三角形的形状
例2 (1)在△ABC中,内角A,B,C的对边a,b,c依次成等差数列,且B=,则△ABC的形状为(  )
A.等边三角形
B.直角边不相等的直角三角形
C.等腰直角三角形
D.钝角三角形
答案 A
解析 因为a,b,c依次成等差数列,所以b=.由余弦定理可得cos B==,将b=代入上式整理得(a-c)2=0,所以a=c.
又B=,所以△ABC为等边三角形.
(2)在△ABC中,内角A,B,C所对的边分别是a,b,c,若==,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 A
解析 因为=,由正弦定理得=,
所以sin Acos A=sin Bcos B,即sin 2A=sin 2B.
由=,可得a≠b,所以A≠B.
又A,B∈(0,π),
所以2A=π-2B,即A+B=,
所以C=,故△ABC是直角三角形.
感悟提升 1.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.
2.无论使用哪种方法,都不要随意约掉公因式,要移项提取公因式,否则会有漏掉一种形状的可能.注意挖掘隐含条件,重视角的范围对三角函数值的限制.
训练2 (1)在△ABC中,角A,B,C所对的边分别为a,b,c,若<cos A,则△ABC为 (  )
A.钝角三角形 B.直角三角形
C.锐角三角形 D.等边三角形
答案 A
解析 由<cos A,得<cos A.
又B∈(0,π),所以sin B>0,
所以sin C<sin Bcos A,
即sin(A+B)<sin Bcos A,
所以sin Acos B<0.
因为在三角形中sin A>0,所以cos B<0,
即B为钝角,所以△ABC为钝角三角形.
(2)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________.
答案 直角三角形
解析 由正弦定理得sin Bcos C+sin Ccos B=sin2A,
∴sin(B+C)=sin2A,即sin A=sin2A.
∵A∈(0,π),∴sin A>0,
∴sin A=1,即A=,
∴△ABC为直角三角形.
 考点三 和三角形面积有关的问题
例3 (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.
例4 (2022·湖北八校一联)在条件①btan A=(2c-b)tan B,②cos 2A+2cos2=1,③sin B=2sin C中任选一个,补充到下列问题中,并给出问题解答.
在△ABC中,角A,B,C的对边分别为a,b,c,________,b+c=6,a=2.
(1)求角A的值;
(2)求△ABC的面积.
注:如果选择多个条件分别解答,按第一个解答计分.
解 (1)若选①,由于△ABC的内角A,B,C的对边分别为a,b,c,且btan A=(2c-b)tan B,
∴由正弦定理得sin B·=(2sin C-sin B)·.
∵sin B≠0,∴sin Acos B=2sin Ccos A-sin Bcos A,
即sin(A+B)=2sin Ccos A,
即sin C=2sin Ccos A.
∵sin C≠0,∴cos A=.
又0<A<π,∴A=.
若选②,∵cos 2A+2cos2=1,
化简可得2cos2A+cos A=1,
解得cos A=或-1,且A∈(0,π),
∴A=.
若选③,∵sin B=2sin C,
即sin B=2sin C,
可得sin B=2sin C,
即sin B·=2sin C,
解得sin A=.
又∵0<A<π,∴A=或.
当A=时,A是△ABC的最大内角,则边a为△ABC的最大力.则b+c=2a.
这与b+c=6,a=2矛盾,
因此A=不合题意,舍掉,则A=.
(2)由(1)及余弦定理可得a2=b2+c2-bc=(b+c)2-3bc.
由题知a=2,b+c=6,∴bc=4,
∴S△ABC=bcsin A=×4×sin =.
感悟提升 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.
训练3 (2020·北京卷)在△ABC中,a+b=11,再从条件①、条件②这两个条件中选择一个作为已知,求:
(1)a的值;
(2)sin C和△ABC的面积.
条件①:c=7,cos A=-;
条件②:cos A=,cos B=.
注:如果选择条件①和条件②分别解答,按第一个解答计分.
解 选条件①:c=7,cos A=-,
且a+b=11.
(1)在△ABC中,由余弦定理,得
cos A===-,
解得a=8.
(2)∵cos A=-,A∈(0,π),∴sin A===.
在△ABC中,由正弦定理,得
sin C===.
∵a+b=11,a=8,∴b=3,
∴S△ABC=absin C=×8×3×=6.
选条件②:cos A=,cos B=,
且a+b=11.
(1)∵A∈(0,π),B∈(0,π),cos A=,cos B=,
∴sin A===,sin B===.
在△ABC中,由正弦定理,可得
===.
又∵a+b=11,∴a=6,b=5.
(2)sin C=sin[π-(A+B)]=sin(A+B)
=sin Acos B+cos Asin B
=×+×==.
∴S△ABC=absin C=×6×5×=.
射影定理的应用
设△ABC的三边是a,b,c,它们所对的角分别是A,B,C,则有:a=bcos C+ccos B;b=ccos A+acos C;c=acos B+bcos A.
注:以“a=bcos C+ccos B”为例,b,c在a上的射影分别为bcos C,ccos B,故名射影定理.
证明 如图,在△ABC中,AD⊥BC,则bcos C=CD,ccos B=BD,
故bcos C+ccos B=CD+BD=BC=a,即a=bcos C+ccos B,
同理可证b=ccos A+acos C,c=acos B+bcos A.
例 在△ABC中,角A,B,C的对边分别为a,b,c,若△ABC为锐角三角形,且满足sin B(1+2cos C)=2sin Acos C+cos Asin C,则下列等式成立的是(  )
A.a=2b B.b=2a
C.A=2B D.B=2A
答案 A
解析 法一 因为sin B(1+2cos C)
=2sin Acos C+cos Asin C,
所以sin B+2sin Bcos C
=sin Acos C+sin(A+C),
所以sin B+2sin Bcos C
=sin Acos C+sin B,
即cos C(2sin B-sin A)=0,
所以cos C=0或2sin B=sin A,
即C=90°或2b=a,
又△ABC为锐角三角形,所以0°<C<90°,故2b=a.
法二 由正弦定理和余弦定理得
b=2a×+c×,
所以2b2=a2+3b2-c2,
即(a2+b2-c2)=a2+b2-c2,
即(a2+b2-c2)=0,
所以a2+b2=c2或2b=a,
又△ABC为锐角三角形,所以a2+b2>c2,故2b=a.
法三 由正弦定理及sin B(1+2cos C)=2sin Acos C+cos Asin C得b+2bcos C=2acos C+ccos A=acos C+(acos C+ccos A)=acos C+b,即2bcos C=acos C,又因为△ABC为锐角三角形,所以cos C≠0,则2b=a.
1.已知△ABC中,A=,B=,a=1,则b等于(  )
A.2 B.1 C. D.
答案 D
解析 由正弦定理= b==.
2.(2021·全国甲卷)在△ABC中,已知B=120°,AC=,AB=2,则BC=(  )
A.1 B. C. D.3
答案 D
解析 由余弦定理得AC2=AB2+BC2-2AB·BCcos B,得BC2+2BC-15=0,解得BC=3或BC=-5(舍去).故选D.
3.在△ABC中,角A,B,C的对边分别为a,b,c.已知a=b,A-B=,则角C=(  )
A. B. C. D.
答案 B
解析 因为在△ABC中,A-B=,所以A=B+,所以sin A=sin=cos B,
因为a=b,所以由正弦定理得sin A=sin B,所以cos B=sin B,
所以tan B=,
因为B∈(0,π),所以B=,
所以C=π--=.
4.(2021·株洲二模)在△ABC中,内角A,B,C所对的边分别为a,b,c,若2acos C-3bcos C=3ccos B,则角C的大小为(  )
A. B. C. D.
答案 A
解析 由正弦定理得2sin Acos C-3sin Bcos C=3sin Ccos B,即2sin Acos C=3(sin Bcos C+cos Bsin C)=3sin(B+C)=3sin A,
因为sin A≠0,所以cos C=,
又因为C∈(0,π),所以C=.
5.(2022·杭州一模)△ABC的内角A,B,C的对边分别为a,b,c.已知acos B+bcos A=3ccos C,asin A-csin C+bsin A=0,则=(  )
A. B. C. D.
答案 A
解析 在△ABC中,由正弦定理及acos B+bcos A=3ccos C.
得sin Acos B+cos Asin B=3sin Ccos C,
∴sin(A+B)=sin C=3sin Ccos C,
又sin C≠0,∴cos C=;
由正弦定理及asin A-csin C+bsin A=0,得a2-c2=-ab.
又由余弦定理得
cos C===,
∴=.
6.(多选)(2021·武汉调研)已知a,b,c分别是△ABC三个内角A,B,C的对边,下列四个命题中正确的是(  )
A.若tan A+tan B+tan C>0,则△ABC是锐角三角形
B.若acos A=bcos B,则△ABC是等腰三角形
C.若bcos C+ccos B=b,则△ABC是等腰三角形
D.若==,则△ABC是等边三角形
答案 ACD
解析 ∵tan A+tan B
=tan(A+B)(1-tan Atan B),
∵tan A+tan B+tan C=tan(A+B)(1-tan Atan B)+tan C=-tan C(1-tan Atan B)+tan C=tan Atan Btan C>0,∴A,B,C均为锐角,∴选项A正确;
由acos A=bcos B及正弦定理,可得sin 2A=sin 2B,∴A=B或A+B=,∴△ABC是等腰三角形或直角三角形,∴选项B错误;
由bcos C+ccos B=b及正弦定理,
可知sin Bcos C+sin Ccos B=sin B,
∴sin A=sin B,∴A=B,则△ABC是等腰三角形,∴选项C正确;
由已知和正弦定理,易知tan A=tan B=tan C,A=B=C,则△ABC是等边三角形,∴选项D正确.
7.(2021·重庆诊断)已知△ABC中,角A,B,C的对边分别为a,b,c,b=2,c=3,A=2B,则a=________.
答案 
解析 A=2B sin A=sin 2B sin A=2sin Bcos B,由正弦定理得a=2bcos B,
又由余弦定理得a=2b·,
代入b=2,c=3,可得a2=10,故a=.
8.我国南宋著名数学家秦九韶在他的著作《数书九章》卷五的“田域类”中写道:问有沙田一段,有三斜,其小斜一十三里,中斜一十四里,大斜一十五里.里法三百步.欲知为田几何.意思是已知三角形沙田的三边长分别为13里,14里,15里,求三角形沙田的面积.则该沙田的面积为________平方里.
答案 84
解析 由题意画出△ABC,且AB=13里,BC=14里,AC=15里,在△ABC中,由余弦定理得,cos B
===,所以sin B==,则该沙田的面积S=AB·BC·sin B=×13×14×=84(平方里).
9.(2021·广州调研)△ABC的内角A,B,C的对边分别为a,b,c,asin Csin(A+C)=2csin Asin2 ,则角B的大小为________;若a+c=6,△ABC的面积为2,则b的值为________.
答案  2
解析 由正弦定理可得
sin Asin Csin(A+C)=2sin C·sin Asin2 ,
∵sin Asin C≠0,A+C=π-B,
∴sin B=2sin2 ,
即2sin cos =2sin2,
又0<<,故tan =,
∴=,即B=.
∵S△ABC=acsin B=2,
∴ac=8,而a+c=6,
∴(a+c)2=a2+2ac+c2=36,
∴a2+c2=20,
由余弦定理得b2=a2+c2-2accos B=20-8=12,解得b=2.
10.(2020·全国Ⅰ卷)△ABC的内角A,B,C的对边分别为a,b,c.已知B=150°.
(1)若a=c,b=2,求△ABC的面积;
(2)若sin A+sin C=,求C.
解 (1)由题设及余弦定理得
28=3c2+c2-2×c2×cos 150°,
解得c=-2(舍去)或c=2,从而a=2.
因此△ABC的面积为
×2×2×sin 150°=.
(2)在△ABC中,A=180°-B-C=30°-C,
所以sin A+sin C=sin(30°-C)+sin C
=sin(30°+C),
故sin(30°+C)=.
而0°所以30°+C=45°,故C=15°.
11.(2022·山东三校一联)在①cos C(acos B+bcos A)=csin C,②asin=csin A,③(sin B-sin A)2=sin2C-sin Bsin A这三个条件中任选一个,补充在下面问题中.
已知△ABC的内角A,B,C的对边分别为a,b,c,当________时,求sin A·sin B的最大值.
注:如果选择多个条件分别解答,按第一个解答计分.
解 若选①,由正弦定理得
cos C(sin Acos B+sin Bcos A)
=sin Csin C,
即cos Csin(A+B)=sin Csin C,
∵sin C≠0,∴tan C=,
∵C∈(0,π),∴C=.
∴A+B=,
∴sin A·sin B=sin A·sin
=sin A·
=sin A·cos A+sin2A
=sin 2A+(1-cos 2A)
=sin+,
∵A∈,∴2A-∈,
∴当A=时,sin A·sin B取得最大值为.
若选②,由正弦定理得
sin Asin =sin Csin A,
∵sin A≠0,∴cos =sin C=2sin cos ,
∵cos ≠0,∴sin =,
∵C∈(0,π),∴C=.
余下同①.
若选③,由正弦定理得(b-a)2=c2-ba,
即a2+b2-c2=ba,∴cos C===,
∵C∈(0,π),∴C=.
余下同①.
12.(2022·昆明诊断)在△ABC中,角A,B,C的对边分别为a,b,c,且b2+c2-bc=a2,bc=a2,则角C的大小是(  )
A.或 B.
C. D.
答案 A
解析 由b2+c2-bc=a2,得b2+c2-a2=bc,
则cos A===,
因为0由bc=a2及正弦定理,
得sin Bsin C=sin2A=×=,
即4sin(π-C-A)sin C=,
即4sin(C+A)sin C=4sinsin C=,
整理得cos 2C=sin 2C,则tan 2C=,又0<2C<,
即2C=或,即C=或.
13.已知在△ABC中,内角A,B,C的对边分别为a,b,c,若a2=b2+c2-bc,a=3,则△ABC的周长的最大值为________.
答案 9
解析 ∵a2=b2+c2-bc,∴bc=b2+c2-a2,
∴cos A==,
∵A∈(0,π),∴A=.
法一 ∵a=3,
∴由正弦定理得====2,
∴b=2sin B,c=2sin C,
则a+b+c=3+2sin B+2sin C
=3+2sin B+2sin
=3+3sin B+3cos B=3+6sin,
∵B∈,∴当B=时,周长取得最大值9.
法二 ∵a=3,
∴由余弦定理得9=b2+c2-bc,
∴(b+c)2-3bc=9,
∴(b+c)2-9=3bc≤3·,
∴(b+c)2≤36,
∵b+c>0,∴0<b+c≤6,当且仅当b=c时取“=”,
∴a+b+c≤9,∴△ABC的周长最大值为9.
14.(2021·新高考Ⅱ卷)在△ABC中,角A,B,C所对的边长分别为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,所以2c=3a,又因为c=a+2,所以2(a+2)=3a,则a=4,b=a+1=5,c=a+2=6,
所以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,
故由余弦定理可得cos C=
==
<0,又a>0,
故解得0又由三角形三边关系可得a+a+1>a+2,可得a>1,故1又a为正整数,故a=2.

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