把书读薄:关于三角形的内角及边长的常识

关于三角形的内角及边长的常识

初中已经学过的知识,在高中不断用到,所以称之为“常识”。然而,是基本的往往也是最重要的。离开这些常识,好多问题解决不了。

三角形的三边长必为正数。

三角形的两边之和大于第三边。

a + b \gt c

三角形的三个内角之和等于平角。也就是:

\boxed{A + B + C = 180°}

这是平面几何中一个基本而重要的结论,一般称为“三角形的内角和定理”。由该定理可得出结论:

\left\{ \begin{array}\\ \sin (A+B) = \sin C\\ \sin (B+C) = \sin A\\ \sin (C+A) = \sin B\\ \end{array} \right.

\left\{ \begin{array}\\ \cos (A + B) + \cos C=0 \\ \cos (B+C) + \cos A=0 \\ \cos (C+A) + \cos B=0 \\ \end{array} \right.


三角形中,大角对大边;小角对小边。

【动手找一找】
以上几点都是属于基础中的基础。如果直接考到,相信多数人都能正确回答。但是,在综合性的大题中,却可能出现“要用到时却想不起来”的情况。例如,“大边对大角”这一事实,在初中就已经学过。在近年的一个高考大题中,就要用到这一性质。你能指出具体是哪个大题吗?

用三角函数值确定内角大小的注意事项

在近年的三角函数大题中,“根据指定条件求某指定内角”这样的问题多次出现。解答这一问题需要注意以下几点:
1)三角形内角的取值范围是 (0, \pi). 因此,余弦的值域为 (-1,1); 而正弦的值域为 (0,1];正切的值域为 ( - \infty, + \infty )。 所以,如有可能,应优先考虑计算出余弦值而不是正弦值。
2)一个三角形中最多有一个钝角。假如根据题设条件推导出某个角的正弦值,应根据其它条件作进一步判断:这是一个锐角还是钝角?
3)根据题设条件,得出的可能并不是内角的三角函数,而是内角与另外一个角的三角函数之值。这种情况下一定要小心谨慎,最好是步步为营:先定出两角和(或差)的取值范围,再根据其函数值定和(或差)的值,最后确定所求角的大小。总之,平时训练中就养成好习惯,避免因为一些细节问题丢分。

【动手找一找】
以上三点,在近年的哪些考题中有体现?在自己的解答过程中,有没有犯过错误?应该如何改进?

正弦定理

正弦定理有好几几种表述形式

\boxed{ \dfrac{a}{ \sin A} = \dfrac{b}{ \sin B} = \dfrac{c}{ \sin C} = 2R }

以上是正弦定理的“标准表达”形式。

a:b:c = \sin A : \sin B : \sin C

\left\{ \begin{array}\\ a=2R \cdot \sin A\\ b=2R \cdot \sin B\\ c=2R \cdot \sin C\\ \end{array} \right.

\left\{ \begin{array}\\ \sin A = \dfrac{a}{2R}\\ \sin B = \dfrac{b}{2R}\\ \sin C = \dfrac{c}{2R}\\ \end{array} \right.


正弦定理的用法总结

正弦定理的主要用法有以下几种:

  • 求边长
  • 求角
  • 边化角
  • 角化边

其中,“求边长”和“求角”主要出现在小题中。在近年的高考大题中,主要是后两种形式,即“边化角”和“角化边”。

例如,2011年理数全国卷题17:

a + c = \sqrt{2} b \qquad \Rightarrow \qquad \sin A + \sin C = \sqrt{2} \sin B


【动手找一找】
请在最近练过的题目中找一找:边化角和角化边的例子还有哪些?

三角形的面积公式

\boxed{ S_{ \triangle ABC} = \dfrac{1}{2} ab \sin C = \dfrac{1}{2} ac \sin B = \dfrac{1}{2} bc \sin A }

应用正弦定理,可得如下推论:

\boxed{ S_{ \triangle ABC} = 2 R^2 \sin A \sin B \sin C }

在最近十年的高考中,上面这个公式用得比较多,需要留意。


余弦定理

余弦定理通常有以下两种表述形式:

\left\{ \begin{array}\\ a^2 = b^2 + c^2 - 2 bc \cos A\\ b^2 = a^2 + c^2 - 2 ac \cos B\\ c^2 = a^2 + b^2 - 2 ab \cos C\\ \end{array} \right.

\left\{ \begin{array}\\ \cos A = \dfrac{b^2+c^2-a^2}{2bc}\\ \cos B = \dfrac{a^2+c^2-b^2}{2ac}\\ \cos C = \dfrac{a^2+b^2-c^2}{2ab}\\ \end{array} \right.

余弦定理的用法总结

余弦定理的主要用法有以下几种:

已知三边长求角(即SSS情形)
求边长(已知条件为SAS,求已知角所对边)

在面积与周长(边长)间建立关联

应用余弦定理求角或求边长,是余弦定理最基本的用途。近年高考强调综合性,不会直接提供SSS或SAS这样“现成”的条件;一般来说,需要对已知条件作一些处理,才能得到SSS或是SAS。还有一种用法是:利用余弦定理建立方程。
近年高考中出现一类热点题型,是利用余弦定理,将三角形的面积和周长(边长)关联起来。后面将专门进行讨论。

【动手找一找】
在近年的高考题中,哪几个大题用到了余弦定理?自己完成的情况如何?

面积与周长的关系

这类问题在近年的高考中多次出现。它综合考察了以下几方面的知识:余弦定理、面积公式、二次函数。本节重点讨论这类问题。
如前所述,三角形面积可以用两条边长及其夹角的正弦表达:

S_{ \triangle ABC} = \dfrac{1}{2} ab \sin C

假如角C大小固定,则三角形面积与两条边长之积成正比。又根据余弦定理可知:

\cos C = \frac { a^2 + b^2 - c^2 } {2ab}
= \dfrac { (a+b)^2 - 2ab - c^2 } {2ab} = \dfrac { (a+b)^2 - c^2 } {2ab} -1
= \dfrac { (a-b)^2 + 2ab - c^2 } {2ab} = \dfrac { (a-b)^2 - c^2 } {2ab} +1

由上或可提出如下结论:
2ab = \dfrac { (a+b)^2 - c^2 }{ 1 + \cos C }

2ab = \dfrac { c^2 - (a-b)^2 }{ 1 - \cos C }

以上公式建立了 ab, (a+b), (a-b) 三者之间的关联。在角 Cc 边长已知的前提下,实际上也就建立了面积和另个量之间的关联。
在具体的考题中有可能这样提问:
1)已知条件包括:角 Cc 边长;求三角形的面积最大值;
2)已知条件包括:角 Cc 边长、三角形的面积;求周长(或:ab的边长);

【动手找一找】
在近年的高考大题中,哪些题涉及面积与边长的关系?上述公式中有哪些可以发挥作用?

两大定理以外的常用公式
正弦定理和余弦定理属于“必考知识点”,务必要牢记。除了这两大定理,还有一些“常用公式”,如能掌握,对于提高解题能力和答题速度,大有好处。

与三角形的高相关的公式

a \sin B = b \sin A = H_c
b \sin C = c \sin B = H_a
a \sin C = c \sin A = H_b

以上公式中,H_aH_bH_c 分别表示 abc 三条边上的高。

与射影相关的公式

a \cos B + b \cos A = c

该公式的内涵可以这样理解:ab 两边在 c 边上的射影之和等于c 边长。其中,c 代表任意边,对其它两边可以依此类推,写出相应的公式。

有相当一部分考题,应用以上公式,可以提高解答速度。例如:

2014年广东卷第12题

\triangle A B C 的内角A,B,C的对边分别为 a,b,c ,已知 b \cos C + c \cos B = 2 b ,求 \displaystyle \frac{a}{b}

这个题可以依据余弦定理解答,但计算量稍大。如果应用上述的“射影”公式,则可口算作答,节省很多时间。

【动手试一试】
除了上面的例子,还有一些考题可以应用该公式,不妨自己试一下:

2012年理数全国卷二第17题

2013年理数全国卷二第17题


还有更多内容吗?

回答是肯定的。请同学们自行补充。


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