2019-2020年高考数学一轮复习第3章三角函数解三角形3.6正弦定理和
余弦定理学案文
[知识梳理]
1.正弦定理、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
2.在△ABC中,已知a,b和A时,三角形解的情况
3.三角形中常用的面积公式 (1)S =1
2ah (h 表示边a 上的高).
(2)S =12bc sin A =12ac sin B =1
2
ab sin C .
(3)S =1
2r (a +b +c )(r 为三角形的内切圆半径).
4.在△ABC 中,常有的结论 (1)∠A +∠B +∠C =π.
(2)在三角形中大边对大角,大角对大边.
(3)任意两边之和大于第三边,任意两边之差小于第三边. [诊断自测] 1.概念思辨
(1)在三角形中,已知两角和一边或已知两边和一角都能解三角形.( )
(2)在△ABC 中,a sin A =a +b -c
sin A +sin B -sin C
.( )
(3)若a ,b ,c 是△ABC 的三边,当b 2
+c 2
-a 2
>0时,△ABC 为锐角三角形;当b 2
+c 2
-
a 2=0时,△ABC 为直角三角形;当
b 2+
c 2-a 2<0时,△ABC 为钝角三角形.( )
(4)在△ABC 中,若sin A sin B (1)(必修A5P 10A 组T 4)在△ABC 中,a =4,b =5,c =6,则sin2A sin C =________. 答案 1 解析 由正弦定理得sin A ∶sin B ∶sin C =a ∶b ∶c =4∶5∶6,又由余弦定理知cos A = b 2+ c 2-a 22bc =25+36-162×5×6=34,所以sin2A sin C =2sin A cos A sin C =2×46×3 4 =1. (2)(必修A5P 20A 组T 11)若锐角△ABC 的面积为103,且AB =5,AC =8,则BC 等于________. 答案 7 解析 因为△ABC 的面积S △ABC =12AB ·AC sin A ,所以103=1 2×5×8sin A ,解得sin A = 32,因为角A 为锐角,所以cos A =12.根据余弦定理,得BC 2=52+82-2×5×8cos A =52+82 -2×5×8×1 2 =49,所以BC =7. 3.小题热身 (1)(xx·天津高考)在△ABC 中,若AB =13,BC =3,∠C = 120°,则AC =( ) A .1 B .2 C .3 D .4 答案 A 解析 在△ABC 中,设A ,B ,C 所对的边分别为a ,b ,c ,则由c 2 =a 2 +b 2 -2ab cos C , 得13=9+b 2-2×3b ×? ?? ??-12,即b 2 +3b -4=0,解得b =1(负值舍去),即AC =1.故选A. (2)(xx·全国卷Ⅲ)△ABC 的内角A ,B ,C 的对边分别为a ,b ,c ,若cos A =4 5,cos C = 5 13 ,a =1,则b =________. 答案 2113 解析 由已知可得sin A =35,sin C =1213,则sin B =sin(A +C )=35×513+45×1213=63 65,再 由正弦定理可得a sin A =b sin B ?b =1× 636535 =21 13 . 题型1 利用正、余弦定理解三角形 典例1 (xx·郑州预测)在△ABC 中,角A ,B ,C 所对的边分别为a ,b ,c ,若b 3cos B = a sin A ,则cos B =( ) A .-12 B.12 C .-32 D.32 边角互化法. 答案 B 解析 由正弦定理知 sin B 3cos B =sin A sin A =1,即tan B =3,由B ∈(0,π),所以B =π3, 所以cos B =cos π3=1 2 .故选B. 典例2 (xx·重庆期末)在△ABC 中,已知AB =43,AC =4,∠B =30°,则△ABC 的面积是( ) A .4 3 B .8 3 C .43或8 3 D. 3 注意本题的多解性. 答案 C 解析 在△ABC 中,由余弦定理可得AC 2 =42 =(43)2 +BC 2 -2×43BC cos30°, 解得BC =4或BC =8. 当BC =4时,AC =BC ,∠B =∠A =30°,△ABC 为等腰三角形,∠C =120°, △ABC 的面积为12AB ·BC sin B =12×43×4×1 2 =4 3. 当BC =8时,△ABC 的面积为12AB ·BC sin B =12×43×8×1 2=8 3.故选C. 方法技巧 正、余弦定理在解三角形中的应用技巧 1.已知两边和一边的对角或已知两角和一边都能用正弦定理解三角形,正弦定理的形式多样,其中a =2R sin A ,b =2R sin B ,c =2R sin C 能够实现边角互化.见典例1. 2.已知两边和它们的夹角、已知两边和一边的对角或已知三边都能直接运用余弦定理解三角形.见典例2. 3.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.见典例2. 冲关针对训练 1.(xx·河西五市联考)在△ABC 中,角A ,B ,C 的对边分别为a ,b ,c ,且满足(b -a )sin A =(b -c )·(sin B +sin C ),则角C 等于( ) A. π3 B.π6 C.π4 D.2π 3 答案 A 解析 由题意,得(b -a )a =(b -c )(b +c ),∴ab =a 2 +b 2 -c 2 ,∴cos C =a 2+b 2-c 22ab =1 2 , ∴C =π 3 .故选A. 2.(xx·山东师大附中模拟)在△ABC 中,角A ,B ,C 的对边分别是a ,b ,c ,已知cos2A =-1 3 ,c =3,sin A =6sin C . (1)求a 的值; (2)若角A 为锐角,求b 的值及△ABC 的面积. 解 (1)在△ABC 中,c =3,sin A =6sin C ,由正弦定理a sin A =c sin C ,得a =6c =6 ×3=3 2. (2)由cos2A =1-2sin 2A =-13得,sin 2 A =23,由0 则cos A =1-sin 2 A = 33 . 由余弦定理a 2 =b 2 +c 2-2bc cos A , 化简,得b 2 -2b -15=0, 解得b =5(b =-3舍去). 所以S △ABC =12bc sin A =12×5×3×63=52 2. 题型2 利用正、余弦定理判断三角形的形状 典例 (xx·陕西模拟)设△ABC 的内角A ,B ,C 所对的边分别为a ,b ,c ,若b cos C + c cos B =a sin A ,则△ABC 的形状为( ) A .锐角三角形 B .直角三角形 C .钝角三角形 D .不确定 用边角互化法. 答案 B 解析 ∵b cos C +c cos B =a sin A ,由正弦定理得sin B cos C +sin C cos B =sin 2 A ,∴sin( B + C )=sin 2A ,即sin A =sin 2 A .又sin A >0,∴sin A =1,∴A =π2,故△ABC 为直角三角形.故 选B. [条件探究1] 将本典例条件变为“若2sin A cos B =sin C ”,那么△ABC 一定是( ) A .直角三角形 B .等腰三角形 C .等腰直角三角形 D .等边三角形 答案 B 解析 解法一:由已知得2sin A cos B =sin C =sin(A +B )=sin A cos B +cos A sin B ,即sin(A -B )=0, 因为-π 由余弦定理得2a ·a 2+c 2-b 22ac =c ?a 2=b 2 ?a =b .故选B. [条件探究2] 将本典例条件变为“若△ABC 的三个内角满足sin A ∶sin B ∶sin C =5∶11∶13”,则△ABC ( ) A .一定是锐角三角形 B .一定是直角三角形 C .一定是钝角三角形 D .可能是锐角三角形,也可能是钝角三角形 答案 C 解析 在△ABC 中,sin A ∶sin B ∶sin C =5∶11∶13, ∴a ∶b ∶c =5∶11∶13, 故设a =5k ,b =11k ,c =13k (k >0),由余弦定理可得 cos C =a 2+b 2-c 22ab =25k 2+121k 2-169k 22×5×11k 2 =-23110 <0, 又∵C ∈(0,π),∴C ∈? ?? ??π2,π, ∴△ABC 为钝角三角形.故选C. [条件探究3] 将本典例条件变为“若b cos B +c cos C =a cos A ”,试判断三角形的形状. 解 由已知得 b ·a 2+ c 2-b 22ac +c ·a 2+b 2-c 22ab =a ·b 2+c 2-a 2 2bc , ∴b 2 (a 2 +c 2 -b 2 )+c 2 (a 2 +b 2 -c 2 )=a 2 (b 2 +c 2 -a 2 ). ∴(a 2 +c 2 -b 2 )(b 2 +a 2 -c 2 )=0. ∴a 2+c 2=b 2或b 2+a 2=c 2 ,即B =π2或C =π2. ∴△ABC 为直角三角形. 方法技巧 判定三角形形状的两种常用途径 提醒:“角化边”后要注意用因式分解、配方等方法得出边的相应关系;“边化角”后 要注意用三角恒等变换公式、三角形内角和定理及诱导公式推出角的关系. 冲关针对训练 在△ABC中,a,b,c分别为内角A,B,C的对边,且2a sin A=(2b-c)sin B+(2c-b)sin C. (1)求角A的大小; (2)若sin B+sin C=3,试判断△ABC的形状. 解(1)由2a sin A=(2b-c)sin B+(2c-b)sin C及正弦定理,得2a2=(2b-c)b+(2c -b)c, 即bc=b2+c2-a2,∴cos A=b2+c2-a2 2bc = 1 2 , A∈(0,π), ∴A=60°. (2)∵A+B+C=180°, ∴B+C=180°-60°=120°. 由sin B+sin C=3,得sin B+sin(120°-B)=3,∴sin B+sin120°cos B-cos120°sin B= 3. ∴3 2 sin B+ 3 2 cos B=3,即sin(B+30°)=1. ∵0° ∴B+30°=90°,即B=60°. ∴A=B=C=60°,∴△ABC为等边三角形. 题型3 与三角形有关的最值 角度1 与三角形边长有关的最值 典例(xx·杏花岭区模拟)已知锐角三角形 ABC的内角A,B,C 的对边分别为a,b,c,且a=b cos C+ 3 3 c sin B. (1)求B; (2)若b=2,求ac的最大值. 本题采用转化法. 解(1)在△ABC中,∵a=b cos C+ 3 3 c sin B, ∴sin A=sin B cos C+ 3 3 sin C sin B, ∴sin A =sin(B +C )=sin B cos C +3 3 sin C sin B , 化为cos B sin C = 3 3 sin C sin B ,sin C ≠0, 可得tan B =3,B ∈(0,π),∴B =π 3 . (2)由正弦定理得b sin B =2R =4 3 , 令y =ac =2R sin A ·2R sin C =16 3sin A sin C =163sin A sin ? ????2π3-A =83sin ? ????2A -π6+43. ∵0 2. 故π6<2A -π6<5π6,∴sin ? ????2A -π6∈? ????12,1, ∴y ∈? ?? ??83,4.∴ac 的最大值为4. 角度2 与三角形内角有关的最值 典例 (xx·庄河市期末)在△ABC 中,a ,b ,c 分别为角A ,B ,C 的对边,设f (x )=a 2x 2 -(a 2 -b 2 )x -4c 2 . (1)若f (1)=0,且B -C =π 3,求角C 的大小; (2)若f (2)=0,求角C 的取值范围. 本题采用放缩法. 解 (1)由f (1)=0,得a 2 -a 2 +b 2 -4c 2 =0, ∴b =2c , 又由正弦定理,得sin B =2sin C , ∵B -C =π 3 , ∴sin ? ?? ??π3+C =2sin C , 整理得3sin C =cos C ,∴tan C = 3 3 . ∵角C 是三角形的内角,∴C =π 6. (2)∵f (2)=0,∴4a 2 -2a 2 +2b 2 -4c 2 =0, 即a 2 +b 2 -2c 2 =0, 由余弦定理,得cos C =a 2+b 2-c 22ab =a 2+b 24ab ≥2ab 4ab =1 2 (当且仅当a =b 时取等号). 又∵余弦函数在? ????0,π2上递减,C 是锐角, ∴0 3. 方法技巧 求与三角形中边角有关的量的取值范围时,主要是利用已知条件和有关定理,将所求的量用三角形的某个内角或某条边表示出来,结合三角形边角的取值范围、函数值域的求法求解范围即可. 冲关针对训练 (xx·绵阳检测)已知向量m =? ????3sin x 4,1,n =? ????cos x 4 ,cos 2 x 4,记f (x )=m ·n . (1)若f (x )=1,求cos ? ?? ? ?2π3-x 的值; (2)在△ABC 中,角A ,B ,C 的对边分别是a ,b ,c ,且满足(2a -c )cos B =b cos C ,求函数f (A )的取值范围. 解 (1)f (x )=m ·n =3sin x 4cos x 4+cos 2 x 4= 32sin x 2+12cos x 2+12=sin ? ????x 2+π6+1 2. 因为f (x )=1, 所以sin ? ????x 2+π6=12 , cos ? ????x +π3=1-2sin 2? ????x 2+π6=12,cos ? ????2π3-x =-cos ? ????x +π3=-12. (2)因为(2a -c )cos B =b cos C , 由正弦定理得(2sin A -sin C )cos B =sin B cos C , 所以2sin A cos B -sin C cos B =sin B cos C , 所以2sin A cos B =sin(B +C ), 因为A +B +C =π,所以sin(B +C )=sin A ,且sin A ≠0, 所以cos B =12,B =π3,所以0 3, 所以π6 ??A 2+π6<1, 又因为f (x )=m ·n =sin ? ????x 2+π6+12 , 所以f (A )=sin ? ????A 2+π6+1 2, 故函数f (A )的取值范围是? ?? ??1,32. 1.(xx·全国卷Ⅰ)△ABC 的内角A ,B ,C 的对边分别为a ,b ,c .已知sin B +sin A (sin C -cos C )=0,a =2,c =2,则C =( ) A. π12 B.π6 C.π4 D.π3 答案 B 解析 因为a =2,c =2, 所以由正弦定理可知,2sin A =2sin C , 故sin A =2sin C . 又B =π-(A +C ), 故sin B +sin A (sin C -cos C ) =sin(A +C )+sin A sin C -sin A cos C =sin A cos C +cos A sin C +sin A sin C -sin A cos C =(sin A +cos A )sin C =0. 又C 为△ABC 的内角, 故sin C ≠0, 则sin A +cos A =0,即tan A =-1. 又A ∈(0,π),所以A =3π 4. 从而sin C = 12sin A = 22×22=12 . 由A =3π4知C 为锐角,故C =π 6. 故选B. 2.(xx·南阳模拟)在△ABC 中,内角A ,B ,C 的对边分别为a ,b ,c .若a sin B cos C + c sin B cos A =12 b ,且a >b ,则B =________. 答案 π6 解析 由正弦定理,得sin B (sin A cos C +sin C cos A )=12sin B ,即sin B sin(A +C )=1 2sin B , 因为sin B ≠0,所以sin B =12,所以B =π6或5π6,又因为a >b ,故B =π 6 . 3.(xx·沈阳模拟)在锐角△ABC 中,内角A ,B ,C 的对边分别为a ,b ,c ,且满足(a -b )(sin A +sin B )=(c -b )·sin C .若a =3,则b 2 +c 2 的取值范围是________. 答案 5 +c 2 ≤6 解析 由正弦定理可得,(a -b )·(a +b )=(c -b )·c ,即b 2 +c 2 -a 2 =bc ,cos A = b 2+ c 2-a 22bc =12,又A ∈? ????0,π2,∴A =π3.∵b sin B =c sin C = 3 sin π3 =2, ∴b 2+c 2=4(sin 2B +sin 2C )=4[sin 2B +sin 2 (A +B )]=4???? ??1-cos2B 2+1-cos2(A +B )2= 3sin2B -cos2B +4=2sin ? ????2B -π6+4. ∵△ABC 是锐角三角形,且A =π3,∴B ∈? ?? ??π6,π2,即2B -π6∈? ????π6,5π6,∴12 ????2B -π6≤1,∴5 ≤6. 4.(xx·全国卷Ⅰ)已知a ,b ,c 分别为△ABC 内角A ,B ,C 的对边,sin 2 B =2sin A sin C . (1)若a =b ,求cos B ; (2)设B =90°,且a =2,求△ABC 的面积. 解 (1)由题设及正弦定理可得b 2 =2ac . 又a =b ,可得b =2c ,a =2c . 由余弦定理可得cos B =a 2+c 2-b 22ac =1 4 . (2)由(1)知b 2 =2ac . 因为B =90°,由勾股定理得a 2 +c 2 =b 2 . 故a 2 +c 2 =2ac ,得c =a = 2. 所以△ ABC 的面积为1. [重点保分 两级优选练] A 级 一、选择题 1.(xx·长沙模拟)在△ABC 中,角A ,B ,C 所对的边分别为a ,b ,c .若a =13,b =3, A =60°,则边c =( ) A .1 B .2 C .4 D .6 答案 C 解析 a 2 =c 2 +b 2 -2cb cos A ?13=c 2 +9-6c cos60°,即c 2 -3c -4=0,解得c =4或c =-1(舍去).故选C. 2.在△ABC 中,角A ,B ,C 所对的边长分别为a ,b ,c .若∠C =120°,c =2a ,则( ) A .a >b B .a D .a 与b 的大小关系不能确定 答案 A 解析 据题意由余弦定理可得a 2 +b 2 -2ab cos120°=c 2 =(2a )2 ,化简整理得a 2 =b 2 +ab ,变形得a 2 -b 2 =(a +b )(a -b )=ab >0,故有a -b >0,即a >b .故选A. 3.(xx·湖南长郡中学六模)若△ABC 的内角A ,B ,C 所对的边分别为a ,b ,c ,已知2b sin2A =a sin B ,且c =2b ,则a b 等于( ) A .2 B .3 C. 2 D. 3 答案 A 解析 由2b sin2A =a sin B ,得4b sin A cos A =a sin B ,由正弦定理得4sin B sin A cos A =sin A sin B ,∵sin A ≠0,且sin B ≠0,∴cos A =14,由余弦定理得a 2=b 2+4b 2-b 2,∴a 2=4b 2 , ∴a b =2.故选A. 4.(xx·衡水中学调研)在△ABC 中,三边之比a ∶b ∶c =2∶3∶4,则sin A -2sin B sin2C = ( ) A .1 B .2 C .-2 D.1 2 答案 B 解析 不妨设a =2,b =3,c =4,故cos C =4+9-162×2×3=-14,故sin A -2sin B sin2C =a -2b 2c cos C = 2-6 8×? ?? ??-14=2.故选B. 5.在△ABC 中,A ,B ,C 是三角形的三个内角,a ,b ,c 是三个内角对应的三边,已知 b 2+ c 2=a 2+bc .若sin B sin C =34 ,△ABC 的形状( ) A .等边三角形 B .不含60°的等腰三角形 C .钝角三角形 D .直角三角形 答案 A 解析 在△ABC 中,由余弦定理,可得cos A =b 2+c 2-a 22bc ,由已知,得b 2+c 2-a 2 =bc , ∴cos A =1 2 . ∵0 3 . ∵A +B +C =π,A =π3,∴C =2π 3-B . 由sin B sin C =34,得sin B sin ? ????2π3-B =3 4. 即sin B ? ????sin 2π3cos B -cos 2π3sin B =3 4. 32sin B cos B +12sin 2 B =34, 34sin2B +14(1-cos2B )=34 , 32sin2B -12cos2B =1,∴sin ? ????2B -π6=1. 又∵-π6<2B -π6<7π 6, ∴2B -π6=π2,即B =π 3 . ∴C =π 3 ,也就是△ABC 为等边三角形.故选A. 6.(xx·江西高考)在△ABC 中,内角A ,B ,C 所对的边分别是a ,b ,c .若c 2 =(a -b )2 +6,C =π 3 ,则△ABC 的面积是( ) A .3 B.932 C.33 2 D . 3 3 答案 C 解析 c 2 =(a -b )2 +6,即c 2 =a 2 +b 2 -2ab +6.① ∵C =π3 ,∴由余弦定理得c 2=a 2+b 2 -ab ,② 由①和②得ab =6,∴S △ABC =12ab sin C =12×6×32=33 2 .故选C. 7.(xx·上海杨浦质量调研)设锐角△ABC 的三内角A ,B ,C 所对边的边长分别为a ,b , c ,且a =1,B =2A ,则b 的取值范围为( ) A .(2,3) B .(1,3) C .(2,2) D .(0,2) 答案 A 解析 由a sin A =b sin B =b sin2A ,得b =2cos A . π2 , 所以π6 2 ,所以2 8.(xx·全国卷Ⅱ)钝角三角形ABC 的面积是1 2,AB =1,BC =2,则AC =( ) A .5 B. 5 C .2 D .1 答案 B 解析 S △ABC =12AB ·BC sin B =12×1×2sin B =12,∴sin B =2 2,∴B =45°或135°.若B =45°,则由余弦定理得AC =1,∴△ABC 为直角三角形,不符合题意,因此B =135°,由余弦定理得AC 2 =AB 2 +BC 2 -2AB ·BC cos B =1+2-2×1×2×? ?? ?? -22=5,∴AC = 5.故选B. 9.(xx·辽宁五校第一次联考)在△ABC 中,角A ,B ,C 所对的边分别是a ,b ,c ,若直线bx +y cos A +cos B =0与ax +y cos B +cos A =0平行,则△ABC 一定是( ) A .锐角三角形 B .等腰三角形 C .直角三角形 D .等腰或者直角三角形 答案 C 解析 由两直线平行可得b cos B -a cos A =0,由正弦定理可知sin B cos B -sin A cos A =0,即12sin2A =1 2sin2B ,又A ,B ∈(0,π),且A +B ∈(0,π),所以2A =2B 或2A +2B =π,即A =B 或A +B =π 2.若A =B ,则a =b ,cos A =cos B ,此时两直线重合,不符合题意,舍去, 故A +B =π 2 ,则△ABC 是直角三角形.故选C. 10.(xx·武昌调研)在锐角△ABC 中,角A ,B ,C 的对边分别为a ,b ,c .若a =2b sin C ,则tan A +tan B +tan C 的最小值是( ) A .4 B .3 3 C .8 D .6 3 答案 C 解析 a =2b sin C ?sin A =2sin B sin C ?sin(B +C )=2sin B sin C ?tan B +tan C =2tan B tan C ,又根据三角形中的三角恒等式tan A +tan B +tan C =tan A tan B tan C (注:tan A =tan(π-B -C )=-tan(B +C )=-tan B +tan C 1-tan B tan C ,即tan A +tan B +tan C =tan A tan B tan C )? tan B tan C = tan A tan A -2 , ∴tan A tan B tan C =tan A ·tan A tan A -2=m 2 m -2(tan A =m ),令m -2=t ?(t +2)2 t =t +4 t + 4≥8,当且仅当t =4 t ,即t =2,tan A =4时,取等号.故选C. 二、填空题 11.(xx·重庆高考)设△ABC 的内角A ,B ,C 的对边分别为a ,b ,c ,且a =2,cos C = -1 4 ,3sin A =2sin B ,则c =________. 答案 4 解析 由3sin A =2sin B 及正弦定理,得3a =2b ,所以b =3 2 a =3.由余弦定理cos C = a 2+ b 2- c 22ab ,得-14=22+32-c 2 2×2×3 ,解得c =4. 12.(xx·河北唐山一模)在△ABC 中,角A ,B ,C 的对边a ,b ,c 成等差数列,且A -C =90°,则cos B =________. 答案 34 解析 ∵a ,b ,c 成等差数列,∴2b =a +c . ∴2sin B =sin A +sin C . ∵A -C =90°,∴2sin B =sin(90°+C )+sin C . ∴2sin B =cos C +sin C . ∴2sin B =2sin(C +45°).① ∵A +B +C =180°且A -C =90°,∴C =45°-B 2,代入①式中,2sin B =2 sin ? ? ??? 90°-B 2. ∴2sin B =2cos B 2.∴4sin B 2cos B 2=2cos B 2 . ∴sin B 2=2 4 . ∴cos B =1-2sin 2B 2=1-14=34 . 13.(xx·沈阳监测)已知△ABC 的三个内角A ,B ,C 的对边分别为a ,b ,c ,面积为S ,且满足4S =a 2 -(b -c )2 ,b +c =8,则S 的最大值为________. 答案 8 解析 由题意得4×12 bc sin A =a 2-b 2-c 2 +2bc , 又a 2 =b 2 +c 2-2bc cos A ,代入上式得2bc sin A =-2bc cos A +2bc , 即sin A +cos A =1,2sin ? ????A +π4=1,