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SHANGHAI MATHEMATICS · SECTION 6.3

学生阅读版 / 沪教版高中数学

解三角形.

必修第二册
第6章三角 · 保留教材主线与原题

1 个阅读模块11 个例题32 道练习与习题
6.3

解三角形

教材与正式教参整合

1 正弦定理

例如,某林场为了及时发现火情,设立了两个观测点 和 . 某日两个观测点的林场人员都观测到 处出现火情. 在 处观测到火情发生在北偏西 方向,而在 处观测到火情在北偏西 60° 方向. 已知 在 的正东方向 处 (图 6-3-1),要确定火场 分别距 及 多远. 将此问题转化为数学问题: 在 中,已知 . 求 与 的长.

为解答这个斜三角形问题, 就要研究斜三角形中边与角之间的关系.

在 中,无论 为锐角、直角还是钝角,对边 上的高 ,都有 ,其中 为边 的长. 为了避免分类讨论, 我们借助平面直角坐标系来统一处理.

如图 6-3-2,以 的顶点 为坐标原点,边 所在直线为 轴,建立平面直角坐标系. 将角 及 所对边的边长分别记作 及 ,则点 的坐标分别为 及 ,而 的面积 . 同理可得 .

教材或教参原图

图 6-3-2


本章以后若不特别说明,在 中角 所对边的边长都分别记作 、 .


将上式同时除以 ,就得到

即

这样,我们就得到了正弦定理: 在 中,若角 及 所对边的边长分别为 及 ,则有


正弦定理是“大角对大边”这一几何性质的定量刻画.


例题 1

例 1 如图 6-3-1,在 中,已知 , . 求 与 的长. (结果精确到 )

教材或教参原图

图 6-3-1

例题 2

例 2 已知圆 是 的外接圆,其圆心为 ,直径为 . 试用 与角 及 的正弦来表示三角形三边的边长 及 .

教材或教参原图

图 6-3-3

例题 3

例 3 设 是 的外接圆的半径, 为 的面积. 求证:

(1) ;

(2) .

练习 6.3(1)

练习6.3(1) · 1
  1. 在 中,已知 . 求 . (结果精确到 0.01)
练习6.3(1) · 2
  1. 在 中,已知 . 求 和面积 . (结果精确到 0.01)
练习6.3(1) · 3
  1. 在 中,如果 ,试判断该三角形的形状.

2 余弦定理

正弦定理刻画了三角形中边与角的正弦之间的关系. 那么, 三角形中边与角的余弦之间存在什么关系呢?

在图 6-3-2 中, 由两点间的距离公式, 得

两边平方, 得

即

同理可得

这样,我们就得到了余弦定理: 在 中,设角 及 所对边的边长分别为 及 ,则有

余弦定理也可以表示成如下形式:

将余弦定理用于直角三角形, 立即可得勾股定理. 因此, 勾股定理可视为余弦定理的特例. 正弦定理和余弦定理都定量刻画了三角形的边角关系, 是求解三角形的基本工具. 我们已在上节例 1 中应用正弦定理处理了已知两角和一边求解三角形其他元素的问题,现在再来研究其他情况.

例题 4

例 4 在 中,已知 . 求 及 .

例题 5

例 5 在 中,已知 . 求 及 .


例 4 中,如果用正弦定理求出 , 如何判断 ?


例题 6

例 6 在 中,已知 . 求角 的余弦值和 的面积 .

练习 6.3(2)

练习6.3(2) · 1
  1. 在 中,已知 . 求 .
练习6.3(2) · 2
  1. 在 中,已知 . 求 及 .
练习6.3(2) · 3
  1. 在 中,已知三边之比为 . 求该三角形的最大角的余弦值.
例题 7

例 7 在 中,已知 ,且 . 求证: 为等边三角形.

例题 8

例 8 在 中,已知 , ,且三角形面积 . 求 .

例题 9

例 9 根据下列条件,分别求角 :

(1)已知 ;

(2)已知 ;

(3)已知 .

练习 6.3(3)

练习6.3(3) · 1
  1. 在 中,已知 ,其面积为 . 求 .
练习6.3(3) · 2
  1. 证明: 平行四边形中, 四边平方和等于对角线平方和.
练习6.3(3) · 3
  1. 在 中,求证:

(1) ;

(2) .

练习6.3(3) · 4
  1. 分别求满足下列条件的角.

(1) ; (2) ;

(3) ; (4) .

解三角形在实际生活中, 尤其是在测量方面, 有着广泛的应用. 下面通过一些实例来体会解三角形在测量上的应用.

教材或教参原图

例题 10

例 10 金茂大厦是改革开放以来上海出现的超高层标志性建筑. 有一位测量爱好者在与金茂大厦底部同一水平线上的 处测得金茂大厦顶部 的仰角为 ,再向金茂大厦前进 到达 处,测得金茂大厦顶部 的仰角为 . 请根据以上数据估算出金茂大厦的高度. (结果精确到 )

教材或教参原图

图 6-3-4

例题 11

例 11 甲船在距离 港口 24 海里并在南偏西 方向的 处驻留等候进港,乙船在 港口南偏东 方向的 处沿直线行驶入港,甲、乙两船距离为 31 海里. 当乙船行驶 20 海里到达 处时,接到港口指令,前往救援忽然发生火灾的甲船. 求此时甲、乙两船之间的距离.

教材或教参原图

图 6-3-5

练习 6.3(4)

练习6.3(4) · 1
  1. 某货轮在 处看灯塔 在北偏东 方向. 它以每小时 18 海里的速度向正北方向航行,经过 40 分钟航行到 处,看灯塔 在北偏东 方向. 求此时货轮到灯塔 的距离.
练习6.3(4) · 2
  1. 我缉私船发现位于正北方向的走私船以每小时 30 海里的速度向北偏东 方向的公海逃窜,已知缉私船的最大时速是 45 海里,为了及时截住走私船,缉私船应以什么方向追击走私船? (结果精确到 )
练习6.3(4) · 3
  1. 修建铁路时要在一个山体上开挖一隧道, 需要测量隧道口 之间的距离. 测量人员在山的一侧选取点 ,因有障碍物, 无法直接测得 及 的距离. 现测得 ; 又测得 及 两点到隧道口的距离分别是 及 在同一直线上 . 求隧道 的长. (结果精确到 )

教材或教参原图

(第 3 题)

习题 6.3

A 组

习题6.3A · 1
  1. 在 中,已知 . 求 .
习题6.3A · 2
  1. 在 中,已知 . 求 .
习题6.3A · 3
  1. 在 中,若 . 求最大角的余弦值.
习题6.3A · 4
  1. 已知 的面积为 . 求 .
习题6.3A · 5
  1. 在 中,已知 . 求 及 .
习题6.3A · 6
  1. 在 中,若 ,且其面积为 ,求 及 .
习题6.3A · 7
  1. 在 中,已知 是 的内角平分线. 求证: .
习题6.3A · 8
  1. 在 中,已知 . 求边 上的中线 的长.
习题6.3A · 9
  1. 根据下列条件,分别判断三角形 的形状:

(1) ;

(2) .

习题6.3A · 10
  1. 如图,自动卸货汽车采用液压机构,设计时需要计算油泵顶杆 的长度. 已知车厢的最大仰角为 ,油泵顶点 与车厢支点 之间的距离为 与水平线之间的夹角为 的长为 . 计算 的长. (结果精确到 )

教材或教参原图

(第 10 题)

B 组

习题6.3B · 1
  1. 在 中,若 ,求 .
习题6.3B · 2
  1. 已知 的面积 ,求 .
习题6.3B · 3
  1. 在 中,已知 .

(1)求 ;

(2)求 的面积 .

习题6.3B · 4
  1. 已知三角形两边之和为 8,其夹角为 . 分别求这个三角形周长的最小值和面积的最大值, 并指出面积最大时三角形的形状.
习题6.3B · 5
  1. 求分别满足下列条件的角:

(1) ; (2) ;

(3) .

习题6.3B · 6
  1. 在 中, ,且其面积为 . 求 .
习题6.3B · 7
  1. 某船在海面 处测得灯塔 在北偏东 方向,与 相距 海里,且测得灯塔 在北偏西 方向,与 相距 海里. 船由 向正北方向航行到 处,测得灯塔 在南偏西 方向. 这时灯塔 与 相距多少海里? 在 的什么方向?
习题6.3B · 8
  1. 如图,为了测定对岸 两点之间的距离,在河的一岸定一条基线 ,测得 . 求 间的距离. (结果精确到 )

教材或教参原图

(第 8 题)

习题6.3B · 9
  1. 在 中,求证:

(1) ;

(2) .

探究与实践

探究与实践

海伦公式和”三斜求积”公式

我国南宋著名数学家秦九韶也独立发现了与海伦公式等价的公式, 但其证明已经失传. 他在著作《数书九章》卷五“田域类”里指出 “问有沙田一段,有三斜. 其小斜十三里, 中斜十四里,大斜十五里,里法三百步,其田几何”,给出的解法为 “以小斜幂并大斜幂减中斜幂,余半之自乘于上,以小斜幂乘大斜幂减上,余四约之,为实. 一为从隅,开平方得积”. 即是说,记三百步为一里,以里为单位, ,面积可由公式 得出,这就是著名的 “三斜求积” 公式. 秦九韶还对一次同余式组、高次方程的数值解法、线性方程组等都有深入研究, 因此美国科学史家萨顿 (G. Sarton)评价他为“他那个民族,那个时代,并且确实也是所有时代最伟大的数学家之一”.

利用三角形面积公式和余弦定理证明海伦公式和“三斜求积”公式虽有一定难度,但揭示海伦公式和“三斜求积”公式的等价性并不是太困难,希望同学们加以探究.

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