一类三角形问题的两种常规解法

来源 :数学教学通讯·中等教育 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ws1984003
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  摘 要:三角形的问题一直是高考的重点,纵观多年的高考试卷,很多题目都是围绕三角形的角和边进行拓展,如何解决这一类的问题,严谨踏实不丢分,作者凭借多年的经验提出精彩的阐述,与同行共享.
  关键词:三角形;问题;常规解法
  题:△ABC中,角A,B,C所对边分别为a,b,c,tanC=■,
  (1)求角C的大小;
  (2)若△ABC外接圆直径为1,求a2+b2的取值范围.
  这是一道高三复习三角时常选的一例,解决第一个问题时首先从条件出发求出角C大小,有如下两种常用方法:
  方法1:化角:由tanC=■得■=■,故sinC(cosA+cosB)=cosC(sinA+sinB),
  所以sinC·cosA+sinC·cosB=cosC·sinA+cosC·sinB,不难得到sin(C-A)=sin(B-C).
  因为A,B,C∈(0,π),所以C-A∈(-π,π),B-C∈(-π,π),所以C-A=B-C或C-A=π-(B-C)或C-A=-π-(B-C),即C=■或B-A=π(舍)或 A-B=π(舍),故C=■.
  方法2:化边:由tanC=■化至sinC·cosA+sinC·cosB=cosC·sinA+cosC·sinB. 同时使用正弦、余弦定理得:c·■+c·■=a·■+b·■,经整理得:ac3+bc3-a3c-b3c=0,进一步可化为c2(a+b)=a3+b3,故有c2(a+b)=(a+b)(a2-ab+b2),?摇所以c2=a2-ab+b2,所以a2+b2-c2=ab,
  故有■=■=cosC. 因为c∈(0,π),所以c=■.
  这是对第一问的两种处理方案,显然方法1较为容易. 但本文所要介绍的重点是第二个问题的处理方法.
  方法1:由(1)知c=■,又外接圆直径2R=1,所以c=2RsinC=■.
  又由余弦定理知c2=a2+b2-2abcosC,即c2=a2+b2-ab=■,所以ab=a2+b2-■.
  又由基本不等式知ab≤■,所以a2+b2-■≤■,所以a2+b2≤■,当且仅当a=b时取等号. 再由a2+b2-ab=c2知a2+b2>c2=■,所以a2+b2的取值范围是■,■. 这一方法是利用了余弦定理及基本不等式求出了a2+b2的最大值,又抓住a2+b2-ab=c2得出a2+b2的下限是■. 所用知识广而不深,处理得灵活便捷.
  方法2:由(1)知c=■,外接圆直径2R=1,所以根据正弦定理a2+b2=(2RsinA)2+(2RsinB)2=4R2·sin2A+4R2sin2B=sin2A+sin2B=■+■. 又A+B+C=π,C=■,B=■π-A且A∈0,■π,?摇所以原式=■+■=1-■cos2A+cos■π-2A=1-■cos2A-■cos2A-■·sin2A=1-■■cos2A-■sin2A=1+■sin2A-■.
  因为A∈0,■π,所以2A-■∈-■,■,所以1+■sin2A-■∈■,■.?摇
  方法2与方法1的风格截然不同,它是利用正弦定理,通过消元将目标式a2+b2逐步化成Asin(ωx+φ)+k形状,再根据角的取值范围求出目标式取值范围,这一做法虽没有法1快捷,但也能把不少的三角公式——两角和差、降幂公式、辅助角公式作了考查,也不失为一个好方法.
  细细体会本题,其实质是已知三角形的一角及其对边,再求相关目标式的取值范围,这类问题笔者认为均可利用类似前面的方法1、方法2加以解决. 不妨请看下面两道变题.
  变式1:已知C=■,c=■,求△ABC周长l的取值范围.
  分析:为求周长的取值范围,只需求出a+b的取值范围.
  方法1:c2=a2+b2-2abcosC,所以a2+b2-ab=■,所以(a+b)2-3ab=■,所以3ab=(a+b)2-■. 又ab≤1×■■,(a+b)2-■≤■(a+b)2,a+b≤■, 当且仅当a=b时取“=”. 同时在△ABC中,根据两边之和大于第三边得a+b>c,
  所以■  方法2:因为C=■,所以c=■,所以2R=■=1,
  所以a+b=2RsinA+2RsinB=sinA+sinB=sinA+sin■-A=■sinA+■·cosA=■■sinA+■cosA=■·sinA+■.
  因为A∈0,■π,所以A+■∈■,■π,所以a+b∈■,■.
  变式2:已知C=■,c=■,求△ABC面积S的取值范围.
  分析:S=■absinC,即只需要求出ab的取值范围.
  方法1:因为c2=a2+b2-2abcosC得a2+b2-ab=■,所以a2+b2=ab+■.
  又a2+b2≥2ab,所以ab+■≥2ab,ab≤■.
  所以S=■absinC≤■×■×■=■(当且仅当a=b时,取“=”)
  又S=■absinC=■ab>0(当a,b两边中一边趋向于0时,S趋向于0),
  所以0  方法2:同样的ab=2RsinA·2RsinB=sinA·sinB=sinA·sin■π-A=sinA·■cosA+■sinA=■sinAcosA+■sin2A=■sin2A+■×■=■+■sin2A-■cos2A=■+■sin2A-■.
  因为A∈0,■π,2A-■∈-■,■,所以ab∈0,■,
  所以S=■absinC∈0,■.
  类似的例子还有许多,在此不一一赘述,两种方法各有优劣. 方法1需对基本不等式能正确应用,对目标式的下限能灵活应对. 方法2则需对三角表述式的变形严谨踏实,不在符号、数字上出差错.
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