解三角形的解题思路

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  【摘要】 三角形有三条边三个角共六个元素,知道其中三个可以求另外三个. 本文对正弦定理和余弦定理的适用范围进行了重新审视,以所知三个元素的边的个数正确选择使用正、余弦定理灵活解三角形,进一步理清解三角形的解题思路.
  【关键词】 三角形;正弦定理;余弦定理;思路
  三角形的三个角A,B,C和它们的对边a,b,c叫作三角形的元素.已知三角形的几个元素求其他元素的过程叫作解三角形.解三角形常常借助于正弦定理和余弦定理.高考常见的题型,主要是已知三角形的某些元素,求三角形的其他边或角(或角的三角函数值),甚至一些更灵活的应用如求三角形面积或判断三角形形状等.看似简单,但如果对三角形的相关知识没有一个系统的认识,没有掌握其解题思路,要把题解出来,也要费一番周折.
  1. 三角形蕴含的信息
  一个三角形,三条边三个角,三个内角和为180°(内角和定理),三角形分直角三角形、锐角三角形和钝角三角形(后两者统称为斜三角形),这是非常明显的信息.三角形还蕴含一些潜在的信息,如大边对大角、小边对小角、任意两边之和大于第三边、角的正弦值为正数等,如果解题时没有考虑这些信息,就可能导致解题出错.
  2. 巧用定理解三角形
  2.1 重新审视正弦定理和余弦定理的适用范围
  解三角形需要运用正弦定理和余弦定理灵活解题.如果已知三角形或能判定三角形是直角三角形,用勾股定理解三角形是非常方便的,而勾股定理是余弦定理的特例,余弦定理是勾股定理的推广.所以,实际上,我们把正弦定理和余弦定理结合起来应用,就能很好地解决三角形的问题.
  人教版《数学》等现行的大多数教科书对正弦定理的适用范围是这样写的:“已知任意两角和一边,已知两边和其中一边的对角”,对余弦定理的适用范围是这样写的:“已知两边及夹角,已知三条边”.笔者觉得这样的区分既啰唆又不能全面、统一概括正弦定理和余弦定理的适用范围.
  要使同学们掌握区分选用正弦定理或余弦定理来解题,笔者以已知边的个数来区分选用正弦定理或余弦定理来解三角形:
  ① 已知一条边,用正弦定理解三角形;
  ② 已知两条边求角,用正弦定理解三角形,求得的角可能有一解、两解或无解;
  已知两条边求边,用余弦定理解三角形;
  ③ 已知三条边(或三边关系式),用余弦定理解三角形.
  以已知边区分选择使用定理解三角形,而不考虑角,既方便同学们理解,又易于同学们记忆,比现行教学书的概括要全面而简单实用.据此,许多高考题都可以很快就判断出用正弦定理还是余弦定理解题.
  (2005上海春)a,b,c分别是∠A,∠B,∠C所对的边,若∠A = 105°,∠B = 45°,b = 2,则c = .(已知一条边,用正弦定理解题)
  (2010湖北理)在△ABC中,a = 15,b = 10,A = 60°,则cosB = ( ).(已知两条边求角,用正弦定理解题,求出sin B,而cos B = )
  (2009广东文)已知△ABC中,∠A,∠B,∠C的对边分别为a,b,c,若a = c = + 且∠A = 75°,则b = ( ).(已知两条边求边,用余弦定理解题,利用cos A = ,解得b = 4)
  2.2 正弦定理多解的原因
  要注意的是,已知两条边求角,用正弦定理解三角形,求得的角可能有一解、两解或无解,其原因是什么呢?
  已知a = 6,b = 2,∠A = 60°,求∠B.
  作∠A = 60°,在∠A的一边上截取AC,使AC = b = 2,过C作∠A的另一边的垂线CD,垂足为D,则CD是点C到边AB的最短距离.
  所以,当a = CD或a ≥ AC时,三角形一解;
  当CD < a < AC时,三角形两解;
  当a < CD时,三角形无解.
  解上题,sin B = = = ,∠B = 30°或∠B = 150°,此时就要根据大边对大角(a > b,∴ A > B)或内角和定理(A + B < 180°),将∠B = 150°舍去,所以∠B = 30°.究其原因就是因为a = 6 > AC = 2,所以只有一解.
  3. 判断三角形形状
  解有关判断三角形形状的问题,具体思路是化归统一的思想,“统一成纯边或纯角”的问题,即把所给的关系式转换成只含角或只含边的式子后,再进行分析判断,通过角判断时,可以通过sin(A - B) = 0或cos(A - B) = 1,判断三角形为等腰三角形;通过sin(A + B) = 1或cos(A + B) = 0,判断三角形为直角三角形;通过cos C > 0或cos C < 0(C为最大角)判断三角形为锐角三角形或钝角三角形.通过边判断时,可以根据a = b来判断这个三角形是等腰三角形,根据c2 = a2 + b2来判断这个三角形是直角三角形,根据c2 > a2 + b2或c2 < a2 + b2(c为最大边)来判断这个三角形是钝角或锐角三角形.
  (2013陕西文)设△ABC的内角A,B,C所对的边分别为a,b,c, 若bcos C + c cos B = asin A,则△ABC的形状为 ( ).
  A. 直角三角形 B. 锐角三角形
  C. 钝角三角形 D. 不确定
  解 ∵ bcos C + ccos B = asin A,
  ∴ 2Rsin B·cosC + 2Rsin C·cos B = 2RsinA·sin A.
  sin(B + C) = sin2A.
  ∵ sin(B + C) = sin A,
  ∴ sin A = sin2A.
  ∴ sin A = 1或sin A = 0(舍去).
  ∴ A = 90°.
  所以选A.
  对于一些更复杂的三角形综合题,可能是正弦定理、余弦定理和三角函数等的综合运用,只要掌握了解三角形的解题思路,解题就会游刃有余.
  【参考文献】
  中学数学课程教材研究开发中心.普通高中课程标准实验教科书《数学5》[M].广东:人民教育出版社,2006.
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