师:同学们好,上一节课大家已经学习了余弦定理及其推论,并掌握了它们的一些简单应用。今天由我带领大家进一步探究余弦定理及其推论。首先,我们回忆一下知识点。通过上一节课的学习,我们知道余弦定理主要应用于已知两边及夹角求第三边,而它的推论主要用于已知三边求任意内角。好,我们来看例题。
例一,在三角形ABC中,角A、B、C的对边分别是a、b、c。若a等于2,b等于4,角C等于60度,则角A等于多少?我们先来分析这道题,题目给的条件是a边、b边和角C,属于已知两边及夹角的题型。我们可以由余弦定理求出第三边c,当得到第三边c的时候,又可以用余弦定理求出角A,当然,也可以利用正弦定理求出角A。
我们来看解析,因为(c^{2}=a^{2}+b^{2}-2ab\cos C),代入数值,我们可以求得(c^{2}=12),开方得到(c = 2\sqrt{3})。由正弦定理(\frac{a}{\sin A}=\frac{c}{\sin C}),我们可以得到(\sin A=\frac{1}{2})。通过前面的学习,我们知道在(0)度到(180)度范围内,该方程的解有两个,一个是(30)度,一个是(150)度。那么同学们想一下,此题角A是(30)度呢,还是(150)度呢,还是两者都可以呢?我们通常用什么来判断呢?对,我们通常用大边对大角来进行判断。我们来看,因为(a\lt c),所以角(A\lt)角(C),也就是小于(60)度,所以角(A = 30)度。
这道题,在求出第三条边后,还可以用别的方法来做吗?很好,同学们已经想到了。下面我们来看另外一种解法。因为前面两步跟第一种解法一样,由余弦定理我们可以求出(c = 2\sqrt{3})。当我们求出(c)边之后,就已经知道了三角形的三条边和一个角,这时候,我们可以选择用余弦定理的推论求出角(A)的余弦值。看,因为(\cos A=\frac{b^{2}+c^{2}-a^{2}}{2bc}),代入数值,我们可以得到(\cos A)的值等于(\frac{\sqrt{3}}{2})。而我们知道在(0)度到(180)度范围内,余弦值与角是一一对应的,所以角(A = 30)度,所以此题的答案是(30)度。
例二,在三角形ABC中,角A、B、C的对边分别是a、b、c。若(b = 3),(c = 3\sqrt{3}),角(B = 30)度,解此三角形。这是已知两边及一边对角的问题,由正弦定理我们可以求出角(C),结合三角形内角和定理,我们可以把角(A)求出来,然后可以利用余弦定理或正弦定理求出边长。
我们来看解析,由正弦定理得(\sin C=\frac{c\sin B}{b}),代入数值,可以得到(\sin C)的值等于(\frac{\sqrt{3}}{2})。因为(b\lt c),所以角(B\lt)角(C),所以角(C = 60)度或(120)度。
当角(C = 60)度的时候,由三角形内角和定理可以求得角(A = 90)度。此时三角形的形状是这样,由余弦定理得(a^{2}=b^{2}+c^{2}-2bc\cos A),代入数值可得(a^{2}=36),所以(a = 6)。
同理,当角(C = 120)度的时候,角(A = 30)度,(a)边等于(3)。此时该三角形的形状是这样。
综上可知,角(C = 60)度,角(A = 90)度,(a = 6);或角(C = 120)度,角(A = 30)度,(a = 3)。
那么这道题我们是先用正弦定理求的,再用余弦定理的。请同学们想一下,能不能只用余弦定理来解这个三角形呢?当然可以。
我们来看另外一种解法,由余弦定理得(b^{2}=a^{2}+c^{2}-2ac\cos B)。大家看这个等式,再结合题目给的条件,我们发现在这个等式中只有(a)不知道,代入数值,我们通过化简,可以得到关于(a)的一元二次方程。通过解一元二次方程,我们可以求得(a = 6)或(3)。
当(a = 6)时,由余弦定理得(\cos A)的值等于(0),此时角(A = 90)度,由三角形内角和定理我们可以得到角(C = 60)度。
当(a = 3)时,此时三角形ABC是等腰三角形,所以角(A =)角(B = 30)度,而角(C = 180)度(-30)度(-30)度( = 120)度。这样我们就把这道题解答了。
我们通过以上两个例题的讲解,大家反思一下,已知三角形两边及一角解三角形的方法。第一,已知两边夹角,可以用余弦定理进行求解;当已知两边及一边的对角的时候,我们通常采用的是正弦定理求解,当然,也可以用余弦定理来进行求解。
下面我们来看两个练习。
练习一,在三角形ABC中,已知(a = 2),(b = 2\sqrt{2}),角(C = 15)度,则角(A)的度数是多少?同学们一看就知道了,这是已知两边夹角,请同学们模仿例一的做法,自己做一下。
好,相信大家已经做好了。我们来一起看一下解析,由余弦定理,我们得到(c^{2}=a^{2}+b^{2}-2ab\cos C),代入数值,我们可以求出(c^{2})的值等于(8 - 4\sqrt{3})。这时候,可能摆在许多同学面前的难题是如何开方。我们前面也讲过了,当碰到根式开根的问题,通常情况下,我们可以把这个根式进行配方,这样就可以把它开出来,所以(c=\sqrt{6}-\sqrt{2})。
由正弦定理(\frac{a}{\sin A}=\frac{c}{\sin C}),我们可以得到(\sin A=\frac{a\sin C}{c}),代入数值,我们可以求得(\sin A)的值等于(\frac{1}{2})。又因为(b\gt a),所以角(B\gt)角(A),这是用大边对大角来判断。又因为角(A)大于(0)度,小于(180)度,所以角(A)必为锐角,即角(A = 30)度,所以此题的答案应该选A。你答对了吗?课后思考,此题用余弦定理的推论怎么做呢?
好,我们来看练习二,在三角形ABC中,角A、B、C的对边分别为a、b、c。已知(a=\sqrt{3}+1),(b = 2),角(A = 75)度,求角(B)、角(C)和(c)的值。那这道题我们知道,这是已知两边和其中一边的对角。
我们来看一下解析,由正弦定理得(\sin B=\frac{b\sin A}{a}),代入数值,我们可以求得(\sin B)的值等于(\frac{\sqrt{2}}{2})。因为(b\lt a),所以角(B\lt)角(A),所以角(B = 45)度,这是利用大边对大角。所以利用三角形内角和定理,我们可以求得角(C = 60)度。
由余弦定理得(c^{2}=a^{2}+b^{2}-2ab\cos C),代入数值我们可以求得(c^{2}=6),开方我们可以得到(c=\sqrt{6})。这样我们就把这道题解完了,这道题的答案就是角(B = 45)度,角(C = 60)度,(c=\sqrt{6})。课后练习,请同学们用另一种方法来解此题。
