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例谈“解三角形”高考热点题型解法拓展与优化过程

例谈“解三角形”高考热点题型解法拓展与优化过程

摘 要:文章首先陈述了高考“解三角形”考试大纲的要求和考查的知识点,然后分析了学生学习过程中存在的问题,最后对典型例题进行了思路解析,以期提升学生解题能力。

关键词:解三角形;考试大纲;问题;典型例题

数学《必修5》第一章是“解三角形”,它是高中数学的基础,也是近年高考的必考題型。解三角形主要是应用正、余弦定理对任意三角形的边角关系、周长、面积等数学量化的研究。这不仅与平面几何、三角恒等变换等知识密切相关,而且有较强的实用性和丰富的实际背景。下面具体通过实例重点说明几类热点题型,并对其题型解题方法进行总结、拓展和优化。

一、 考试大纲要求

(1)掌握正弦定理、余弦定理,并能解决一些简单的三角形度量问题。

(2)能运用正弦定理、余弦定理等知识和方法解决一些与测量和几何计算有关的实际问题。

二、 高考对解三角形的考查

考查利用正余弦定理、主要三角公式、基本不等式等知识,通过化简和方程思想等,经过运算、推理、度量边、角或周长、面积和其他伴随要素。解三角形的实质是将几何问题转化为代数问题,即方程问题。故解三角形问题的核心是方程思想。

说明:(1)“主要三角公式”是指两角和与差的三角公式,也包括二倍角公式、同角三角公式和诱导公式。(2)“方程”是指正、余弦定理、三角形内角和定理以及面积、周长等所内蕴的方程。

主要考查题型:

类型1 三角形完全可解,研究边、角、面积或周长;

类型2 三角形局部可解,研究边、角的范围、面积或周长的最值;

类型3 解三角形应用问题。

三、 学生学习过程中存在的问题

(1)利用正、余弦定理解已知三角形的两边及其一边的角解三角形问题时,不会判断一解、两解或无解问题,三角形形状和解的对应关系如表1所示。

表1 三角形形状和解的对应关系

A为锐角A为钝角

图形

关系a

解的个数无解一解两解一解一解无解

(2)三角形形状判断问题。利用已知条件中的边角关系判断三角形形状时,对边化角还是角化边的选择存在困惑。

说明:(a)要牢记正、余弦定理及其变形形式,通过正、余弦定理及其变形形式实施转化,具体转化关系式如以下公式所示:

b2=a2+c2-2accosB

cosB=a2+c2-b22ac

asinA=bsinB=csinC=2R

a=2RsinA sinA=a2R

(b)通过三角变换寻求角之间的关系;

(c)通过三角函数符号及正、余弦函数有界性进行判断或讨论。

四、 典型例题分析

热点题型一:三角形完全可解,研究边、角、面积和周长问题

【例1】 (2016年全国一卷)△ABC三角A,B,C所对的边分别是a,b,c,已知2cosC(acosB+bcosA)=c。

(1)求C;

(2)若c=7,△ABC的面积为332,求三角形的周长。

分析:

(1)思路1:边角转化,边化角。(利用正弦定理的变形形式a=2RsinA,b=2RsinB,c=2RsinC,和差公式及内角和定理等恒等变形)

∵2cosC(acosB+bcosA)=c,

∴2cosC(sinAcosB+sinBcosA)=sinC,

∴2cosCsin(A+B)=sinC。

又∵sin(A+B)=sinC≠0,

∴cosC=12。

∵C∈(0,π),∴C=π3。

思路2:充分利用教材《必修5》P18练习结论:c=acosB+bcosA,b=acosC+ccosA,a=ccosB+bcosC。

∵2cosC(acosB+bcosA)=c,

∴2ccosC=c,∴cosC=12。

∵C∈(0,π),∴C=π3。

说明:1. 在三角形中,C∈(0,π)谁都知道,但在解答题时,一定要说明,否则答题不完整,会扣1至2分;

2. 利用教材中的一些结论可快速解决有些问题,特别是选择填空题,能起到事半功倍的效果。

(2)思路1:方程思想,先面积公式后余弦定理

由S△=12absinC=332得:ab=6,cosC=a2+b2-c22ab=12,

所以a2+b2=13,结果显然。

思路2:方程思想,先余弦定理后面积公式

∵cosC=a2+b2-c22ab=12,∴a2+b2=7+ab。

由S△=12absinC=332得,ab=6。

另外,我们也可以对例1的问题(2)进行改编,如:

变式1:若c=7,求a+b的范围;

变式2:若c=7,求△ABC的面积最大值;

变式3:(太原2016模拟)△ABC三角A,B,C所对的边分别是a,b,c,已知3a=2csinA。

(1)求C;

(2)若c=7,△ABC的面积为332,求三角形的周长。

回过头我们再看看利用教材《必修5》P18练习结论“妙杀”高考题。

1. (2013年陕西7)△ABC三角A,B,C所对的边分别是a,b,c,已知bcosC+ccosB=asinA,则△ABC的形状是(  )

A. 锐角三角形B. 直角三角形

C. 钝角三角形D. 不确定

2. (2014广东12)△ABC三角A,B,C所对的边分别是a,b,c,已知bcosC+ccosB=2b,则ab=    。

热点题型二:三角形局部可解,研究边、角范围、面积或周长的最值问题

【例2】 (2013年全国二卷17)△ABC三角A,B,C所对的边分别是a,b,c,已知bcosC+csinB=a。

(1)求B;

(2)若b=2,求△ABC的面积的最大值。

解析:

(1)思路1:边角转化,边化角。(利用正弦定理的变形形式a=2RsinA,b=2RsinB,c=2RsinC,和差公式及内角和定理等恒等变形)

∵bcosC+csinB=a,

∴sinBcosC+sinCsinB=sinA,

∴sinBcosC+sinCsinB=sin(B+C),

化简得sinCsinB=sinCcosB。

又∵C∈(0,π),∴sinC≠0,sinB=cosB,∴B=π4。

思路2:充分利用a=ccosB+bcosC,

bcosC+csinB=a=ccosB+bcosC,

化简得sinB=cosB。

结果显然。

(2)由(1)知B=π4,S△=12acsinB=24ac。

要求三角形最大面积,只需求ac的最大值,考虑余弦定理

b2=a2+c2-2accosB,代入化简得4=a2+c2-2ac。

又a2+c2≥2ac,4≥2ac-2ac(以下略)。

【例3】 △ABC三角A,B,C所对的边分别是a,b,c,已知acosB+bcosA=3,三角形外接圆的面积为π,则△ABC的面积的最大值为    。

分析:此题为填空题,按常规方法要用余弦定理,运算量较大,如果利用教材《必修5》P18练习结论,则大大减少运算量。

由已知得c=3。

又外接圆面积为π,所以其半径为1,由c=2RsinC得

sinC=32,进而cosC=±12。

∵S△=12absinC=34ab,

所以又轉化成求ab的最大值问题,考虑余弦定理

c2=a2+b2-2abcosC,代入化简得3=a2+b2±ab。

由不等式定理得3≥2ab±ab,

显然cosC=12时,ab最大,即ab≤3,

所以△ABC的最大面积是334。

题型总结与提升:

例2和例3的本质特征是都是已知三角形一边及其所对的角,求周长和面积最大值问题。那么,有没有更快更一般化的方法呢?联想到三角形外接圆、圆周角定理及正弦定理等,我们可总结优化为如下方法:

题目:△ABC三角A,B,C所对的边分别是a,b,c,已知a,A,求△ABC的面积的最大值和周长的取值范围。

分析:a,A,由2R=asinA得,圆的半径为定值,如图S△=12BC×h(其中h为三角形BC边的高)。

由图得,当高h与BC边垂直平分线重合时,

三角形面积最大,此时,

S△=a24tanA2。

同时,AB=AC=a2sinA2,

所以周长最大值为a+asinA2,而A与B或C重合时最小为2a,

故周长范围为2a,a+asinA2。

当然,如果是解答题,用常规方法更规范些,但可判断运算的准确性,如果是选择填空题,此法就非常简捷。

参考文献:

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作者简介:

耿祥瑞,甘肃省庆阳市,环县第一中学。

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