第26讲 余弦定理和正弦定理--2027高考数学一轮复习学案(答案版)

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第26讲 余弦定理和正弦定理--2027高考数学一轮复习学案(答案版)

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第26讲 余弦定理和正弦定理
【课程标准】 1.借助向量运算,探索三角形边长与角度的关系,掌握余弦定理、正弦定理. 2.能用余弦定理、正弦定理解决一些简单的三角形度量问题.
1.余弦定理和正弦定理
2.三角形解的判断
A为锐角 A为钝角 或直角
图形
关系式 a=bsin A bsin A<a<b a≥b a>b
解的个数 一解 两解 一解 一解
【常用结论】
1.三角形中的边角关系
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 A<cos B.
2.三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.
【自测诊断】
1.(多选)下列结论错误的是(  )
A.三角形中三边之比等于相应的三个内角之比
B.在△ABC中,若sin A>sin B,则A>B
C.在△ABC的六个元素中,已知任意三个元素可求其他元素
D.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:ACD
2.(链接人教A必修二P47例7)已知△ABC中,角A,B,C所对的边分别为a,b,c,若A=,B=,a=1,则b=(  )
A.2 B.1
C. D.
答案:D
解析:由=,得b===×2=.故选D.
3.(链接人教A必修二P47例8)在△ABC中,已知B=45°,b=2,c=,则C=    .
答案:30°
解析:由正弦定理得sin C===,因为b>c,B=45°,所以C=30°.
4.(双空题)(链接人教A必修二P44T2)△ABC中,角A,B,C的对边分别为a,b,c,且a=4,b=5,c=6,则cos A=    ,△ABC的面积为    .
答案: 
解析:由题意得cos A==,所以sin A==,所以△ABC的面积为bcsin A=.
学生用书 第122页
考点一 解三角形(高考超重点) 自主练透
角度1 基本量法
1.(2025·全国二卷)在△ABC中,BC=2,AC=1+,AB=,则A=(  )
A.45° B.60°
C.120° D.135°
答案:A
解析:cos A===,因为0°<A<180°,所以A=45°.故选A.
【溯源教材14】
溯源 (ⅰ)(人教A必修二P44T2)在△ABC中,已知a=2,b=,c=+1,解这个三角形. (ⅱ)(人教B必修四P9例2)在△ABC中,已知a=6,b=4,c=2,求C. (ⅲ)(人教B必修四P11T3、4)已知△ABC中,a=8,b=6,c=2,求角C. 已知△ABC中,a=3,b=2,c=,求角C以及三角形的面积.
透视 高考题和不同版本的教材习题的考查角度、考查方式一样,都是已知三角形的三边解三角形,事实上与上述这种类型有关的解三角形问题(如本组题目中的T2、3)在每年的高考中经常考查
预测 (1)已知△ABC中,AB=,B=,BC=4,则AC=    . 答案: 解析:在△ABC中,由余弦定理可得AC2=AB2+BC2-2AB·BC×cos =7,解得AC=. (2)在△ABC中,AB=,AC=2,C=120°,则sin A=    . 答案: 解析:因为AB=,AC=2,C=120°,所以由余弦定理AB2=BC2+AC2-2BC·ACcos C可得BC2+2BC-3=0,解得BC=1,或-3(舍去),所以由正弦定理可得sin A==.
2.在△ABC中,内角A,B,C的对边分别为a,b,c.若a=2,b=,B=,则A=(  )
A. B.
C.或 D.或
答案:A
解析:根据正弦定理==,故sin A=.因为0<A<π,所以A=.又因为a<b,所以A<B=,故A=.故选A.
3.在△ABC中,内角A,B,C所对的边分别为a,b,c,若B=,b2=ac,则sin A+sin C=(  )
A. B. C. D.
答案:C
解析:由正弦定理得sin Asin C=sin2B,因为B=,所以 sin Asin C =sin 2B=.由余弦定理得b2=a2+c2-2ac·cos B=a2+c2-ac=ac,所以a2+c2=ac,所以sin2A+sin2C=sin Asin C,所以=sin 2A+sin 2C+2sin Asin C=sin Asin C=,又sin A >0,sin C >0,所以sin A+sin C=.故选C.
角度2 边角互化法
1.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.
2.(多题同解)在△ABC中,角A,B,C的对边分别为a,b,c.
(1)若2sin B=sin A+cos Atan C,求角C的大小;
(2)若sin B(acos C+ccos A)=bcos B,求角B的大小;
(3)若(2c-a)cos B=bcos A,求角B的大小;
(4)若向量m=(c,b),n=(cos C,sin B),且m∥n,求角C的大小;
(5)若=,求sin C的值.
解:(1)由2sin B=sin A+cos Atan C,
得2sin Bcos C=sin Acos C+cos Asin C,
即2sin Bcos C=sin(A+C).
又A+B+C=π,则sin(A+C)=sin B≠0,
于是cos C=.
又0<C<π,所以C=.
(2)根据题意可知,sin B(acos C+ccos A)=bcos B,
根据正弦定理可得sin B(sin Acos C+sin Ccos A)=sin Bcos B,
即sin Bsin(A+C)=sin Bcos B.
在△ABC中,由A+B+C=π,得sin(A+C)=sin(π-B)=sin B,
所以sin2B=sin Bcos B.
因为sin B≠0,所以tan B=1.
又0<B<π,所以B=.
(3)因为(2c-a)cos B=bcos A,
由正弦定理得(2sin C-sin A)cos B=sin Bcos A,
所以2sin Ccos B=sin Acos B+sin Bcos A=sin(A+B).
在△ABC中,所以sin(A+B)=sin C,
所以2sin Ccos B=sin C.
因为sin C>0,所以cos B=.
又0<B<π,所以B=.
(4)因为m=(c,b),n=(cos C,sin B),且m∥n,
所以=,即csin B=bcos C.
由正弦定理=,得csin B=bsin C,
所以bsin C=bcos C.
因为b≠0,所以tan C=.
又0<C<π,所以C=.
(5)由=,得(3b-a)cos C=ccos A,
由正弦定理得(3sin B-sin A)cos C=sin Ccos A,
所以3sin Bcos C=sin Acos C+sin Ccos A=sin(A+C).
在△ABC中,所以sin(A+C)=sin B,
所以3sin Bcos C=sin B.
因为sin B>0,所以cos C=.
又0<C<π,所以sin C=.
三角形中基本量计算的解题技巧
1.在处理三角形中的边角关系时,一般全部化为角的关系或全部化为边的关系.
2.若出现的是一次式,则一般采用正弦定理;若出现的是二次式,则一般采用余弦定理,特别是出现a2+b2-c2=λab的形式时用余弦定理.
3.若已知条件同时含有边和角,则一般要采用化归思想化为“只含边”或“只含角”的形式.
学生用书 第123页
考点二 判断三角形的形状 师生共研
(一题多变)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.直角三角形 B.锐角三角形
C.钝角三角形 D.不确定
答案:A
解析:因为bcos C+ccos B=asin A,所以sin Bcos C+sin Ccos B=sin2A,即sin(B+C)=sin2A,所以sin A=sin2A,又0<A<π,故sin A=1,即A=,因此△ABC是直角三角形.故选A.
[变式探究](数智赋能辅助)
1.(变条件)若将本例中的条件改为“2sin Acos B=sin C”,试判断△ABC的形状.
解:法一:由已知得2sin Acos B=sin C=sin(A+B)=sin Acos B+cos Asin B,即sin(A-B)=0.因为-π<A-B<π,所以A=B,故△ABC为等腰三角形.
法二:由正弦定理得2acos B=c,再由余弦定理得2a·=c a2=b2 a=b,故△ABC为等腰三角形.
2.(变条件)若将本例中的条件改为“c-acos B=(2a-b)cos A”,试判断△ABC的形状.
解:由正弦定理得sin C-sin Acos B=2sin Acos A-sin Bcos A,所以sin(A+B)-sin Acos B=2sin Acos A-sin Bcos A,故cos A(sin B-sin A)=0,所以cos A=0或sin A=sin B,即A=或A=B,故△ABC为直角三角形或等腰三角形.
3.(变条件)若将本例中的条件改为“a2+b2-c2=ab,且2cos Asin B=sin C”,试判断△ABC的形状.
解:因为a2+b2-c2=ab,所以由余弦定理得cos C==.又C∈,所以C=.由2cos Asin B=sin C及正弦定理得cos A===,所以b2=a2,即b=a,又C=,故该三角形为等边三角形.
判断三角形形状的两种常用途径
注意:(1)注意应用A+B+C=π这个结论.(2)在转化过程中不能随意约掉公因式,要移项、提取公因式,否则会有遗漏一种形状的可能.
对点练1.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a;若不存在,说明理由.
解:(1)由2sin C=3sin A及正弦定理得2c=3a.
又c=a+2,所以a=4,c=6,
所以b=a+1=5.
由余弦定理得cos A===.
又A∈(0,π),所以sin A=,
所以=bcsin A=×5×6×=.
(2)存在.
由题意知c>b>a,要使△ABC为钝角三角形,需cos C===<0,
得0<a<3.
因为a为正整数,所以a=1或a=2.
当a=1时,b=2,c=3,此时不能构成三角形;
当a=2时,b=3,c=4,满足题意.
综上,存在正整数a=2,使得△ABC为钝角三角形.
考点三 三角形的面积、周长(高考超重点) 师生共研
(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;
(2)若△ABC的面积为3+,求c.
解:(1)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=.
(2)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+,
得c=2.
学生用书 第124页
三角形面积问题的常见类型
1.求三角形面积:一般要先利用正弦定理、余弦定理以及两角和与差的三角函数公式等,求出角与边,再求面积.
2.已知三角形面积解三角形:常选用已知邻边求出其夹角,或利用已知角求出角的两边间的关系.
3.已知与三角形面积有关的关系式:常选用关系式中的角作为面积公式中的角,化为三角形的边角关系,再解三角形.
注意:一般情况已知哪一个角就使用哪一个角的面积公式.
对点练2.(2024·新课标Ⅱ卷)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;
(2)若a=2,bsin C=csin 2B,求△ABC的周长.
解:(1)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)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.
课时分层测评39 余弦定理和正弦定理
(时间:60分钟 满分:85分)
(本栏目内容,在学生用书中以独立形式分册装订!)
(1—8题,每小题5分,共40分)
1.在△ABC中,内角A,B,C的对边分别是a,b,c,若a=,A=,cos C=-,则c=(  )
A. B.
C. D.
答案:D
解析:易知C∈(0,π),由cos C=-可得sin C=.利用正弦定理=可得c=·a=×=.故选D.
2.(2025·八省联考)在△ABC中,BC=8,AC=10,cos∠BAC=,则△ABC的面积为(  )
A.6 B.8
C.24 D.48
答案:C
解析:由题意得,a=8,b=10,cos ∠BAC===,解得c=6,则∠ABC=90°,所以=ac=×8×6=24.故选C.
【教师备选】 已知△ABC的内角A,B,C的对边分别为a,b,c,若A=,a=2,c=b,则△ABC的面积为(  )
A.2 B.
C. D.2
答案:C
解析:由余弦定理的推论得cos ==-.因为c=b,所以b=2(负值舍去),c=2,所以=bcsin A=×2×2×=.故选C.
3.在△ABC中,内角A,B,C的对边分别为a,b,c,若2bcos C=a(2-c),且B=,则a=(  )
A.1 B. C. D.2
答案:A
解析:因为2bcos C=a(2-c),所以由余弦定理得,2b=a(2-c),即a2+b2-c2=a2(2-c),即a2+c2-b2=a2c,所以cos B===.又因为B=,所以=,解得a=1.故选A.
4.已知△ABC中,角A,B,C所对的边分别为a,b,c,若b=1,C=,△ABC的面积S=2,则△ABC的外接圆的半径为(  )
A.4 B.2
C.5 D.
答案:D
解析:因为b=1,C=,△ABC的面积S=2,所以S=a×1×sin =2,解得a=4.由余弦定理得c2=a2+b2-2abcos C=(4)2+12-2×4×1×=25,解得c=5(负值舍去),所以结合正弦定理可知,△ABC的外接圆的半径为=.故选D.
5.(多选)△ABC的内角A,B,C所对的边分别为a,b,c,满足下列条件的三角形有两个解的是(  )
A.c=54,b=39,C=120°
B.b=11,a=20,B=30°
C.a=2,b=6,A=30°
D.b=26,c=15,C=30°
答案:BD
解析:对于A,sin B= = <1.又b<c,只有一解,不合题意;对于B,sin A= = <1.又b<a,即asin B<b<a,则有两解,符合题意;对于C,sin B==>1,则B不存在,无解,不合题意;对于D,sin B==<1.又c<b,即bsin C<c<b,则有两解,符合题意.故选BD.
6.(多选)在△ABC中,内角A,B,C所对的边分别为a,b,c,且=tan A+tan B,下列结论中正确的是(  )
A.A=
B.A=
C.当a=4时,△ABC面积的最大值为2
D.当b-c=时,△ABC为直角三角形
答案:BD
解析:由=tan A+tan B及正弦定理得=tan A+tan B,即=tan A+tan B =tan A+tan B,即=tan A+tan B,因为在三角形中tan A+tan B≠0,所以tan A=.又A∈(0,π),所以A=,故A错误,B正确;若a=4,由b2+c2-a2=bc得16=b2+c2-bc≥2bc-bc=bc,即bc≤16,当且仅当b=c=4时,等号成立,所以=bcsin A≤×16×=4,即△ABC面积的最大值为4,故C错误;由b-c=得b=c+,将其代入b2+c2-a2=bc中得3c2+ac-2a2=0,所以(c-a)=0.因为a>0,c>0,所以c-a=0 a=c,即b=2c,所以满足b2=a2+c2,故△ABC为直角三角形,故D正确.故选BD.
7.在△ABC中,角A,B,C的对边分别为a,b,c,且(a+b)cos C=c(cos A+cos B),a=4,b=6,则c=    .
答案:2
解析:由正弦定理得(sin A+sin B)cos C=sin C(cos A+cos B),所以sin Acos C+sin Bcos C=sin Ccos A+sin Ccos B,所以sin Acos C-sin Ccos A=sin Ccos B-sin Bcos C,即sin(A-C)=sin(C-B).又A,B,C是三角形的内角,A-C+C-B=A-B∈(-π,π),所以A-C=C-B,所以A+B=2C,所以C=.由余弦定理得c2=a2+b2-2abcos C=42+62-2×4×6×=28,所以c=2.
8.△ABC的内角A,B,C所对的边分别为a,b,c,若asin A+(b+λa)sin B=csin C,则实数λ的取值范围是    .
答案:(-2,2)
解析:因为asin A+(b+λa)sin B=csin C,由正弦定理得c2=a2+b2+λab,由余弦定理知c2=a2+b2-2abcos C,所以λ=-2cos C.因为C∈(0,π),所以cos C∈(-1,1),故λ∈(-2,2).
9.(10分)(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;
(2)若c=3,asin B=2,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sin C≠0,所以sin A-cos A=0,
所以tan A=.
又因为0<A<π,所以A=.
(2)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=.
(10、11题,每小题5分,共10分)
10.(多选)已知△ABC中,角A,B,C所对的边分别为a,b,c,且满足a2+b2-c2=S△ABC,则下列条件能使△ABC成为锐角三角形的是(  )
A.A= B.a=2,b=3
C.a=2,c=3 D.b=3,c=2
答案:BC
解析:因为a2+b2-c2=S△ABC,由余弦定理可得2abcos C=×absin C,所以tan C=.因为C∈,所以C=.对于A,当A=时,B=,此时△ABC成为直角三角形,故A错误;对于B,当a=2,b=3时,由余弦定理可得c2=a2+b2-2abcos C=4+9-2×2×3×cos =7,所以c=,所以cos B=>0,所以B为锐角.由b>c>a,所以B>C>A,此时△ABC成为锐角三角形,故B正确;对于C,当a=2,c=3时,由余弦定理可得9=b2+4-2×2×b×cos ,解得b=1+,所以cos B=>0,所以B为锐角,由b>c>a,所以B>C>A,此时△ABC成为锐角三角形,故C正确;对于D,当b=3,c=2时,由余弦定理可得4=a2+9-2×3×a×cos ,即a2-3a+5=0,由于Δ=9-4×5<0,方程无实根,所以不存在△ABC,故D错误.故选BC.
11.在△ABC中,已知AB=5,AC=4,cos=,则△ABC的面积为    .
答案:
解析:因为AB>AC,故C>B,如图,过点C作射线CD交线段AB于点D,使∠BCD=B,则CD=BD,则cos(C-B)=cos ∠ACD=.在△ACD中利用余弦定理得,cos ∠ACD==,解得CD=3.在△ACD中利用余弦定理得,cos ∠CAD==,则sin ∠CAD==,则S△ABC=×4×5×=.
12.(15分)(2025·江苏南京二模)记△ABC的内角A,B,C的对边分别为a,b,c.已知=.
(1)求A;
(2)若=2,BC=CD,求cos B.
解:(1)因为=,由正弦定理得=,
得b2+c2-a2=bc,所以cos A===.
由0°<A<180°,得A=60°.
(2)如图,因为=2,BC=DC,所以AD=c,DC=a.
在△ADC中,由余弦定理得DC2=AD2+AC2-2AD·ACcos A,
即a2=+b2-bc.
在△ABC中,由余弦定理得BC2=AB2+AC2-2AB·ACcos A,
即a2=c2+b2-bc①,
所以+b2-bc=c2+b2-bc,得c(c-b)=0,
又c>0,解得b=c,代入①得a2=c2,又a>0,解得a=c.
在△ABC中,由余弦定理得cos B===.
(每小题5分,共10分)
13.(交汇融合)(多选)(2025·全国一卷)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
答案:ABC
解析: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.
14.(2025·山东淄博一模)在△ABC中,内角A,B,C所对的边分别为a,b,c,sin 2B=bcos B,且角B为锐角,b=8,sin A=,则sin的值为    .
答案:
解析:已知sin 2B=bcos B,根据二倍角公式sin 2B=2sin Bcos B,则有2sin Bcos B=bcos B.因为B为锐角,即cos B≠0,等式两边同时除以cos B可得:2sin B=b.已知b=8,将其代入2sin B=b可得2sin B=×8,解得sin B=.因为B为锐角,根据sin2B+cos2B=1,可得cos B====.由正弦定理=,结合b=8,sin A=,sin B=,得a===.因为a=<b=8,根据大边对大角可知A<B.又因为B为锐角,所以A也为锐角.根据sin2A+cos2A=1,可得cos A====.因为A+B+C=π,所以2B+C=π+B-A,则sin(2B+C)=sin(π+B-A)=-sin(B-A)=-=-=
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