第6讲 正弦定理和余弦定理
【2014年高考会这样考】
1.考查正、余弦定理的推导过程.
2.考查利用正、余弦定理判断三角形的形状. 3.考查利用正、余弦定理解任意三角形的方法. 【复习指导】
1.掌握正弦定理和余弦定理的推导方法.
2.通过正、余定理变形技巧实现三角形中的边角转换,解题过程中做到正余弦定理的优化选择.
基础梳理
a b c
1sin A =sin B sin C =2R ,其中R 是三角形外接圆的半径.由正弦定理可以变形为:
(1)a ∶b ∶c =sin A ∶sin B ∶sin C ;
(2)a =b =,c =;
a b c
(3)sin A =2R ,sin B =2R sin C =2R 2.余弦定理:a 2=b 2+c 2-2bc cos_A ,b 2=a 2+c 2-2ac cos_B ,c 2=a 2+b 2-b 2+c 2-a 2a 2+c 2-b 2
cos A 2bc cos B 2ac ,cos C a 2+b 2-c 2=2ab 111abc 1
3.S △ABC =2sin C 2sin A 2sin B =4R 2a +b +c )·r (R 是三角形外接圆半径,r 是三角形内切圆的半径) ,并可由此计算R ,r .
4.已知两边和其中一边的对角,解三角形时,注意解的情况.如已知a ,b ,A ,则
一条规律
在三角形中,大角对大边,大边对大角;大角的正弦值也较大,正弦值较大的角也较大,即在△ABC 中,A >B ⇔a >b ⇔sin A >sin B . 两类问题
在解三角形时,正弦定理可解决两类问题:(1)已知两角及任一边,求其它边或角;(2)已知两边及一边的对角,求其它边或角.情况(2)中结果可能有一解、两解、无解,应注意区分.余弦定理可解决两类问题:(1)已知两边及夹角求第三边和其他两角;(2)已知三边,求各角. 两种途径
根据所给条件确定三角形的形状,主要有两种途径:
双基自测
1.(人教A 版教材习题改编) 在△ABC 中,A =60°,B =75°,a =10,则c 等于( ) . A .52 106C. 3
B .102 D .56
解析 由A +B +C =180°,知C =45°, a c
由正弦定理得:sin A sin C , 即
10c 106∴c =3. 3222
答案 C
sin A cos B
2.在△ABC 中,若a =b B 的值为( ) . A .30° B .45° C .60° D .90° 解析 由正弦定理知:
sin A cos B
.
sin A sin B sin B =cos B ,∴B =45°答案 B
3.(2011·郑州联考) 在△ABC 中,a =3,b =1,c =2,则A 等于( ) . A .30° B .45° C .60° D .75° b 2+c 2-a 21+4-31解析 由余弦定理得:cos A =2bc ==,
2×1×22∵0<A <π,∴A =60°. 答案 C
1
4.在△ABC 中,a =32,b =23,cos C =3,则△ABC 的面积为( ) . A .33 B .23 C .3 D. 3 1
解析 ∵cos C =30<C <π, 22
∴sin C =3, 1
∴S △ABC =2sin C
122
=2×2×23×343. 答案 C
5.已知△ABC 三边满足a 2+b 2=c 2-3ab ,则此三角形的最大内角为________. 解析 ∵a 2+b 2-c 2=-3ab , a 2+b 2-c 23∴cos C =2ab =-2, 故C =150°为三角形的最大内角. 答案 150°
考向一 利用正弦定理解三角形
【例1】►在△ABC 中,a 3,b 2,B =45°. 求角A ,C 和边c .
[审题视点] 已知两边及一边对角或已知两角及一边,可利用正弦定理解这个三角形,但要注意解的判断.
a b 32解 由正弦定理得sin A sin B ,sin A sin 45°, ∴sin A =
3
2
∵a >b ,∴A =60°或A =120°.
当A =60°时,C =180°-45°-60°=75°, 6+2b sin C
c =sin B =2;
当A =120°时,C =180°-45°-120°=15°, 6-2b sin C
c =sin B =2.
(1)已知两角一边可求第三角,解这样的三角形只需直接用正弦定理代
入求解即可.
(2)已知两边和一边对角,解三角形时,利用正弦定理求另一边的对角时要注意讨论该角,这是解题的难点,应引起注意.
π
【训练1】 (2011·北京) 在△ABC 中,若b =5,∠B =4,tan A =2,则sin A =________;a =________.
解析 因为△ABC 中,tan A =2,所以A 是锐角, sin A
且cos A =2,sin 2A +cos 2A =1, 5
联立解得sin A =5, a b
再由正弦定理得sin A sin B ,
代入数据解得a =210.
答案
5
5210
考向二 利用余弦定理解三角形
cos B b
【例2】►在△ABC 中,a 、b 、c 分别是角A 、B 、C 的对边,且cos C =-.
2a +c (1)求角B 的大小;
(2)若b =13,a +c =4,求△ABC 的面积.
cos B b
[审题视点] 由cos C
2a +c a 2+c 2-b 2
解 (1)由余弦定理知:cos B =
2ac a 2+b 2-c 2
cos C =2ab .
cos B b
将上式代入cos C 得:
2a +c a 2+c 2-b 22ab b
=-, 2ac a +b -c 2a +c 整理得:a 2+c 2-b 2=-ac . a 2+c 2-b 2-ac 1∴cos B =2ac =2ac 2. 2∵B 为三角形的内角,∴B =3 (2)将b =13,a +c =4,
2
B =3π代入b 2=a 2+c 2-2ac cos B , 得b 2=(a +c ) 2-2ac -2ac cos B , 1⎛
∴13=16-2ac 1-2,∴ac =3.
⎝⎭13
∴S △ABC =2sin B =4.
(1)根据所给等式的结构特点利用余弦定理将角化边进行变形是迅速解
答本题的关键.
(2)熟练运用余弦定理及其推论,同时还要注意整体思想、方程思想在解题过程中的运用.
【训练2】 (2011·桂林模拟) 已知A ,B ,C 为△ABC 的三个内角,其所对的边分A
别为a ,b ,c ,且2cos 2 2+cos A =0. (1)求角A 的值;
(2)若a =23,b +c =4,求△ABC 的面积. A
解 (1)由2cos 2 2+cos A =0, 得1+cos A +cos A =0, 1
即cos A =-2 2π
∵0<A <π,∴A =3. (2)由余弦定理得,
2π
a 2=b 2+c 2-2bc cos A ,A =3, 则a 2=(b +c ) 2-bc , 又a =23,b +c =4, 有12=42-bc ,则bc =4, 1
故S △ABC =2bc sin A =3.
考向三 利用正、余弦定理判断三角形形状
【例3】►在△ABC 中,若(a 2+b 2)sin(A -B ) =(a 2-b 2)sin C ,试判断△ABC 的形状.
[审题视点] 首先边化角或角化边,再整理化简即可判断. 解 由已知(a 2+b 2)sin(A -B ) =(a 2-b 2)sin C , 得b 2[sin(A -B ) +sin C ]=a 2[sin C -sin(A -B )], 即b 2sin A cos B =a 2cos A sin B ,
即sin 2B sin A cos B =sin 2A cos B sin B ,所以sin 2B =sin 2A , 由于A ,B 是三角形的内角. 故0<2A <2π,0<2B <2π. 故只可能2A =2B 或2A =π-2B , π
即A =B 或A +B =2.
故△ABC 为等腰三角形或直角三角形.
判断三角形的形状的基本思想是;利用正、余弦定理进行边角的统
一.即将条件化为只含角的三角函数关系式,然后利用三角恒等变换得出内角之间的关系式;或将条件化为只含有边的关系式,然后利用常见的化简变形得出三边的关系.
a b c
【训练3】 在△ABC 中,若cos A cos B cos C ;则△ABC 是( ) . A .直角三角形 C .钝角三角形
B .等边三角形 D .等腰直角三角形
解析 由正弦定理得a =2R sin A ,b =2R sin B ,c =2R sin C (R 为△ABC 外接圆半径) .
sin A sin B sin C ∴cos A =cos B cos C .
即tan A =tan B =tan C ,∴A =B =C . 答案 B
考向三 正、余弦定理的综合应用
【例3】►在△ABC 中,内角A ,B ,C 对边的边长分别是a ,b ,c ,已知c =2,πC =3.
(1)若△ABC 的面积等于3,求a ,b ;
(2)若sin C +sin(B -A ) =2sin 2A ,求△ABC 的面积.
[审题视点] 第(1)问根据三角形的面积公式和余弦定理列出关于a ,b 的方程,通过方程组求解;第(2)问根据sin C +sin(B -A ) =2sin 2A 进行三角恒等变换,将角的关系转换为边的关系,求出边a ,b 的值即可解决问题. 解 (1)由余弦定理及已知条件,得a 2+b 2-ab =4.
1
又因为△ABC 的面积等于3,所以2ab sin C =3,得ab =4,联立方程组
22
⎧a +b -ab =4,⎧a =2,⎨解得⎨ ab =4,b =2. ⎩⎩
(2)由题意,得sin(B +A ) +sin(B -A ) =4sin A cos A , 即sin B cos A =2sin A cos A .
ππ
当cos A =0,即A =2B =6 323a =3b =3
当cos A ≠0时,得sin B =2sin A , 由正弦定理,得b =2a .
22
⎧a +b -ab =4,
联立方程组⎨
⎩b =2a ,
23⎧a =⎪3,解得⎨
43⎪b =⎩3.
13所以△ABC 的面积S =2a b sin C 3.
正弦定理、余弦定理、三角形面积公式对任意三角形都成立,通过这
些等式就可以把有限的条件纳入到方程中,通过解方程组获得更多的元素,再通过这些新的条件解决问题.
【训练3】 (2011·北京西城一模) 设△ABC 的内角A ,B ,C 所对的边长分别为a ,4
b ,c ,且cos B =5,b =2. (1)当A =30°时,求a 的值;
(2)当△ABC 的面积为3时,求a +c 的值. 43解 (1)因为cos B =5,所以sin B =5. a b a 10
由正弦定理sin A sin B ,可得sin 30°3 5所以a =313
(2)因为△ABC 的面积S =2ac ·sin B ,sin B =5 3
所以10ac =3,ac =10.
由余弦定理得b 2=a 2+c 2-2ac cos B ,
8
得4=a 2+c 2-5=a 2+c 2-16,即a 2+c 2=20.
所以(a +c ) 2-2ac =20,(a +c ) 2=40. 所以a +c =210.
阅卷报告4——忽视三角形中的边角条件致错
【问题诊断】 考查解三角形的题在高考中一般难度不大,但稍不注意,会出现“会而不对,对而不全”的情况,其主要原因就是忽视三角形中的边角条件., 【防范措施】 解三角函数的求值问题时,估算是一个重要步骤,估算时应考虑三角形中的边角条件.
【示例】►(2011·安徽) 在△ABC 中,a ,b ,c 分别为内角A ,B ,C 所对的边长,a 3,b =2,1+2cos(B +C ) =0,求边BC 上的高. 错因 忽视三角形中“大边对大角”的定理,产生了增根. 实录 由1+2cos(B +C ) =0, 1π知cos A =2A =3, a b
根据正弦定理sin A sin B 得: sin B =
b sin A 2π3π
=,∴B a 24或4.
以下解答过程略.
正解 ∵在△ABC 中,cos(B +C ) =-cos A , π
∴1+2cos(B +C ) =1-2cos A =0,∴A =3a b
在△ABC 中,根据正弦定理sin A =sin B ∴sin B =
π5
∵a >b ,∴B 4,∴C =π-(A +B ) =12π. ∴sin C =sin(B +A ) =sin B cos A +cos B sin A 6
+22123
=22224.
b sin A 2
=. a 2
6+23+1
∴BC 边上的高为b sin C =2×42【试一试】 (2011·辽宁) △ABC 的三个内角A ,B ,C 所对的边分别为a ,b ,c ,a sin A sin B +b cos 2 A =2a . b (1)求a ;
(2)若c 2=b 2+3a 2,求B . [尝试解答] (1)由正弦定理得, sin 2A sin B +sin B cos 2A =2sin A ,即 sin B (sin2A +cos 2A ) =2sin A . b
故sin B 2sin A ,所以a 2.
(2)由余弦定理和c 2=b 2+3a 2,得cos B =由(1)知b 2=2a 2,故c 2=(2+3) a 2.
12
可得cos 2B =2cos B >0,故cos B =2,所以B =45°.
(1+3)a
2c
第6讲 正弦定理和余弦定理
【2014年高考会这样考】
1.考查正、余弦定理的推导过程.
2.考查利用正、余弦定理判断三角形的形状. 3.考查利用正、余弦定理解任意三角形的方法. 【复习指导】
1.掌握正弦定理和余弦定理的推导方法.
2.通过正、余定理变形技巧实现三角形中的边角转换,解题过程中做到正余弦定理的优化选择.
基础梳理
a b c
1sin A =sin B sin C =2R ,其中R 是三角形外接圆的半径.由正弦定理可以变形为:
(1)a ∶b ∶c =sin A ∶sin B ∶sin C ;
(2)a =b =,c =;
a b c
(3)sin A =2R ,sin B =2R sin C =2R 2.余弦定理:a 2=b 2+c 2-2bc cos_A ,b 2=a 2+c 2-2ac cos_B ,c 2=a 2+b 2-b 2+c 2-a 2a 2+c 2-b 2
cos A 2bc cos B 2ac ,cos C a 2+b 2-c 2=2ab 111abc 1
3.S △ABC =2sin C 2sin A 2sin B =4R 2a +b +c )·r (R 是三角形外接圆半径,r 是三角形内切圆的半径) ,并可由此计算R ,r .
4.已知两边和其中一边的对角,解三角形时,注意解的情况.如已知a ,b ,A ,则
一条规律
在三角形中,大角对大边,大边对大角;大角的正弦值也较大,正弦值较大的角也较大,即在△ABC 中,A >B ⇔a >b ⇔sin A >sin B . 两类问题
在解三角形时,正弦定理可解决两类问题:(1)已知两角及任一边,求其它边或角;(2)已知两边及一边的对角,求其它边或角.情况(2)中结果可能有一解、两解、无解,应注意区分.余弦定理可解决两类问题:(1)已知两边及夹角求第三边和其他两角;(2)已知三边,求各角. 两种途径
根据所给条件确定三角形的形状,主要有两种途径:
双基自测
1.(人教A 版教材习题改编) 在△ABC 中,A =60°,B =75°,a =10,则c 等于( ) . A .52 106C. 3
B .102 D .56
解析 由A +B +C =180°,知C =45°, a c
由正弦定理得:sin A sin C , 即
10c 106∴c =3. 3222
答案 C
sin A cos B
2.在△ABC 中,若a =b B 的值为( ) . A .30° B .45° C .60° D .90° 解析 由正弦定理知:
sin A cos B
.
sin A sin B sin B =cos B ,∴B =45°答案 B
3.(2011·郑州联考) 在△ABC 中,a =3,b =1,c =2,则A 等于( ) . A .30° B .45° C .60° D .75° b 2+c 2-a 21+4-31解析 由余弦定理得:cos A =2bc ==,
2×1×22∵0<A <π,∴A =60°. 答案 C
1
4.在△ABC 中,a =32,b =23,cos C =3,则△ABC 的面积为( ) . A .33 B .23 C .3 D. 3 1
解析 ∵cos C =30<C <π, 22
∴sin C =3, 1
∴S △ABC =2sin C
122
=2×2×23×343. 答案 C
5.已知△ABC 三边满足a 2+b 2=c 2-3ab ,则此三角形的最大内角为________. 解析 ∵a 2+b 2-c 2=-3ab , a 2+b 2-c 23∴cos C =2ab =-2, 故C =150°为三角形的最大内角. 答案 150°
考向一 利用正弦定理解三角形
【例1】►在△ABC 中,a 3,b 2,B =45°. 求角A ,C 和边c .
[审题视点] 已知两边及一边对角或已知两角及一边,可利用正弦定理解这个三角形,但要注意解的判断.
a b 32解 由正弦定理得sin A sin B ,sin A sin 45°, ∴sin A =
3
2
∵a >b ,∴A =60°或A =120°.
当A =60°时,C =180°-45°-60°=75°, 6+2b sin C
c =sin B =2;
当A =120°时,C =180°-45°-120°=15°, 6-2b sin C
c =sin B =2.
(1)已知两角一边可求第三角,解这样的三角形只需直接用正弦定理代
入求解即可.
(2)已知两边和一边对角,解三角形时,利用正弦定理求另一边的对角时要注意讨论该角,这是解题的难点,应引起注意.
π
【训练1】 (2011·北京) 在△ABC 中,若b =5,∠B =4,tan A =2,则sin A =________;a =________.
解析 因为△ABC 中,tan A =2,所以A 是锐角, sin A
且cos A =2,sin 2A +cos 2A =1, 5
联立解得sin A =5, a b
再由正弦定理得sin A sin B ,
代入数据解得a =210.
答案
5
5210
考向二 利用余弦定理解三角形
cos B b
【例2】►在△ABC 中,a 、b 、c 分别是角A 、B 、C 的对边,且cos C =-.
2a +c (1)求角B 的大小;
(2)若b =13,a +c =4,求△ABC 的面积.
cos B b
[审题视点] 由cos C
2a +c a 2+c 2-b 2
解 (1)由余弦定理知:cos B =
2ac a 2+b 2-c 2
cos C =2ab .
cos B b
将上式代入cos C 得:
2a +c a 2+c 2-b 22ab b
=-, 2ac a +b -c 2a +c 整理得:a 2+c 2-b 2=-ac . a 2+c 2-b 2-ac 1∴cos B =2ac =2ac 2. 2∵B 为三角形的内角,∴B =3 (2)将b =13,a +c =4,
2
B =3π代入b 2=a 2+c 2-2ac cos B , 得b 2=(a +c ) 2-2ac -2ac cos B , 1⎛
∴13=16-2ac 1-2,∴ac =3.
⎝⎭13
∴S △ABC =2sin B =4.
(1)根据所给等式的结构特点利用余弦定理将角化边进行变形是迅速解
答本题的关键.
(2)熟练运用余弦定理及其推论,同时还要注意整体思想、方程思想在解题过程中的运用.
【训练2】 (2011·桂林模拟) 已知A ,B ,C 为△ABC 的三个内角,其所对的边分A
别为a ,b ,c ,且2cos 2 2+cos A =0. (1)求角A 的值;
(2)若a =23,b +c =4,求△ABC 的面积. A
解 (1)由2cos 2 2+cos A =0, 得1+cos A +cos A =0, 1
即cos A =-2 2π
∵0<A <π,∴A =3. (2)由余弦定理得,
2π
a 2=b 2+c 2-2bc cos A ,A =3, 则a 2=(b +c ) 2-bc , 又a =23,b +c =4, 有12=42-bc ,则bc =4, 1
故S △ABC =2bc sin A =3.
考向三 利用正、余弦定理判断三角形形状
【例3】►在△ABC 中,若(a 2+b 2)sin(A -B ) =(a 2-b 2)sin C ,试判断△ABC 的形状.
[审题视点] 首先边化角或角化边,再整理化简即可判断. 解 由已知(a 2+b 2)sin(A -B ) =(a 2-b 2)sin C , 得b 2[sin(A -B ) +sin C ]=a 2[sin C -sin(A -B )], 即b 2sin A cos B =a 2cos A sin B ,
即sin 2B sin A cos B =sin 2A cos B sin B ,所以sin 2B =sin 2A , 由于A ,B 是三角形的内角. 故0<2A <2π,0<2B <2π. 故只可能2A =2B 或2A =π-2B , π
即A =B 或A +B =2.
故△ABC 为等腰三角形或直角三角形.
判断三角形的形状的基本思想是;利用正、余弦定理进行边角的统
一.即将条件化为只含角的三角函数关系式,然后利用三角恒等变换得出内角之间的关系式;或将条件化为只含有边的关系式,然后利用常见的化简变形得出三边的关系.
a b c
【训练3】 在△ABC 中,若cos A cos B cos C ;则△ABC 是( ) . A .直角三角形 C .钝角三角形
B .等边三角形 D .等腰直角三角形
解析 由正弦定理得a =2R sin A ,b =2R sin B ,c =2R sin C (R 为△ABC 外接圆半径) .
sin A sin B sin C ∴cos A =cos B cos C .
即tan A =tan B =tan C ,∴A =B =C . 答案 B
考向三 正、余弦定理的综合应用
【例3】►在△ABC 中,内角A ,B ,C 对边的边长分别是a ,b ,c ,已知c =2,πC =3.
(1)若△ABC 的面积等于3,求a ,b ;
(2)若sin C +sin(B -A ) =2sin 2A ,求△ABC 的面积.
[审题视点] 第(1)问根据三角形的面积公式和余弦定理列出关于a ,b 的方程,通过方程组求解;第(2)问根据sin C +sin(B -A ) =2sin 2A 进行三角恒等变换,将角的关系转换为边的关系,求出边a ,b 的值即可解决问题. 解 (1)由余弦定理及已知条件,得a 2+b 2-ab =4.
1
又因为△ABC 的面积等于3,所以2ab sin C =3,得ab =4,联立方程组
22
⎧a +b -ab =4,⎧a =2,⎨解得⎨ ab =4,b =2. ⎩⎩
(2)由题意,得sin(B +A ) +sin(B -A ) =4sin A cos A , 即sin B cos A =2sin A cos A .
ππ
当cos A =0,即A =2B =6 323a =3b =3
当cos A ≠0时,得sin B =2sin A , 由正弦定理,得b =2a .
22
⎧a +b -ab =4,
联立方程组⎨
⎩b =2a ,
23⎧a =⎪3,解得⎨
43⎪b =⎩3.
13所以△ABC 的面积S =2a b sin C 3.
正弦定理、余弦定理、三角形面积公式对任意三角形都成立,通过这
些等式就可以把有限的条件纳入到方程中,通过解方程组获得更多的元素,再通过这些新的条件解决问题.
【训练3】 (2011·北京西城一模) 设△ABC 的内角A ,B ,C 所对的边长分别为a ,4
b ,c ,且cos B =5,b =2. (1)当A =30°时,求a 的值;
(2)当△ABC 的面积为3时,求a +c 的值. 43解 (1)因为cos B =5,所以sin B =5. a b a 10
由正弦定理sin A sin B ,可得sin 30°3 5所以a =313
(2)因为△ABC 的面积S =2ac ·sin B ,sin B =5 3
所以10ac =3,ac =10.
由余弦定理得b 2=a 2+c 2-2ac cos B ,
8
得4=a 2+c 2-5=a 2+c 2-16,即a 2+c 2=20.
所以(a +c ) 2-2ac =20,(a +c ) 2=40. 所以a +c =210.
阅卷报告4——忽视三角形中的边角条件致错
【问题诊断】 考查解三角形的题在高考中一般难度不大,但稍不注意,会出现“会而不对,对而不全”的情况,其主要原因就是忽视三角形中的边角条件., 【防范措施】 解三角函数的求值问题时,估算是一个重要步骤,估算时应考虑三角形中的边角条件.
【示例】►(2011·安徽) 在△ABC 中,a ,b ,c 分别为内角A ,B ,C 所对的边长,a 3,b =2,1+2cos(B +C ) =0,求边BC 上的高. 错因 忽视三角形中“大边对大角”的定理,产生了增根. 实录 由1+2cos(B +C ) =0, 1π知cos A =2A =3, a b
根据正弦定理sin A sin B 得: sin B =
b sin A 2π3π
=,∴B a 24或4.
以下解答过程略.
正解 ∵在△ABC 中,cos(B +C ) =-cos A , π
∴1+2cos(B +C ) =1-2cos A =0,∴A =3a b
在△ABC 中,根据正弦定理sin A =sin B ∴sin B =
π5
∵a >b ,∴B 4,∴C =π-(A +B ) =12π. ∴sin C =sin(B +A ) =sin B cos A +cos B sin A 6
+22123
=22224.
b sin A 2
=. a 2
6+23+1
∴BC 边上的高为b sin C =2×42【试一试】 (2011·辽宁) △ABC 的三个内角A ,B ,C 所对的边分别为a ,b ,c ,a sin A sin B +b cos 2 A =2a . b (1)求a ;
(2)若c 2=b 2+3a 2,求B . [尝试解答] (1)由正弦定理得, sin 2A sin B +sin B cos 2A =2sin A ,即 sin B (sin2A +cos 2A ) =2sin A . b
故sin B 2sin A ,所以a 2.
(2)由余弦定理和c 2=b 2+3a 2,得cos B =由(1)知b 2=2a 2,故c 2=(2+3) a 2.
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可得cos 2B =2cos B >0,故cos B =2,所以B =45°.
(1+3)a
2c