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例题精讲 · 第 00028 题 · 三边夹角先想余弦·再算面积

余弦定理常与面积公式、向量、周长最值结合。本组三道自编仿真题依次练:已知两边夹角求第三边与面积、已知三边求角并判断形状(含钝角判定)、周长一定时面积最值的推导(含基本不等式与等号条件)。每题给出完整推导、结果验算、采分点与高频错因。

00028题号全 1000 篇 · 第 第5轮 / 第5册 轮
方向数学·导数与解三角形六向之一
题型自编仿真题逐题精讲 · 采分点拆解

题目性质:自编仿真题——按课程标准与联招常见考点范围编写,非真题原文;解析与采分点为教研整理,非官方评分标准。

例题精讲 · 解三角形(二)

一、三件工具

余弦定理 a² = b² + c² − 2bc cosA(及其变形 cosA = (b²+c²−a²)/(2bc));面积 S = ½bc sinA;基本不等式 b+c ≥ 2√(bc),等号当且仅当 b = c。判形状时别只看最大角:cosA < 0 ⇔ A 为钝角 ⇔ a² > b² + c²(a 为最大边)。

二、题1 两边夹角:先余弦后面积

题目 在 △ABC 中,b = 3,c = 5,A = 60°。求 a、△ABC 的面积 S 及 sinB。

审题眼 两边及夹角 → 余弦定理;面积用 S = ½bc sinA(夹角正是 A,不用再求)。

规范作答

a² = b² + c² − 2bc cosA = 9 + 25 − 2×3×5×(1/2) = 34 − 15 = 19 → a = √19。

S = ½ b c sinA = ½ × 3 × 5 × (√3/2) = 15√3 / 4。

由正弦定理 b/sinB = a/sinA 得 sinB = b sinA / a = 3 × (√3/2)/√19 = 3√3 / (2√19) = 3√57 / 38(有理化后)。

验算 ① 由 a²=19、b²=9、c²=25,最大边为 c=5:cosC = (a²+b²−c²)/(2ab) = (19+9−25)/(2·√19·3) = 3/(6√19) > 0,C 为锐角;三角形三内角皆锐,合理。② 用面积反算 sinB:S = ½ a c sinB → sinB = 2S/(ac) = (15√3/2)/(5√19) = 3√3/(2√19) ✓ 两法一致。③ 三边关系:3 + √19 ≈ 7.36 > 5 ✓。

采分点 写出余弦定理(1分);a=√19(2分);面积公式与结果(2分);正弦定理求 sinB(2分);验算或结果化简(1分)。

易错点 ① 余弦定理漏掉系数 2 或把 cos60° 写成 √3/2(应为 1/2);② 面积误用 ½ab sinA(夹角 A 的邻边是 b、c,不是 a、b);③ 求 sinB 时用错对应边;④ 结果不化简、不验三边关系。

三、题2 已知三边求角并判形状

题目 在 △ABC 中,a = 7,b = 5,c = 3。求最大角,并判断三角形形状。

审题眼 最大边是 a=7 → 最大角为 A;三边已知 → 余弦定理求 cosA。

规范作答

cosA = (b² + c² − a²)/(2bc) = (25 + 9 − 49)/(2×5×3) = (−15)/30 = −1/2。

因 A ∈ (0, π) 且 cosA = −1/2,故 A = 120°。
最大角为 120° > 90°,故 △ABC 为钝角三角形。

另法(面积互验) S = ½bc sinA = ½×5×3×(√3/2) = 15√3/4。用海伦公式:p = (7+5+3)/2 = 15/2,S = √(p(p−a)(p−b)(p−c)) = √[(15/2)(1/2)(5/2)(9/2)] = √(675/16) = 15√3/4 ✓ 一致。

验算 由 A=120°,B+C=60°;由正弦定理 sinB = b sinA/a = 5×(√3/2)/7 = 5√3/14 ≈ 0.619 → B ≈ 38.2°,C ≈ 21.8°,三角和为 180° ✓;最大边对最大角 ✓。

采分点 指出最大边与最大角(1分);写出 cosA 公式(2分);算出 −1/2(1分);A=120°(1分);判钝角(1分);验算或另法(1分)。

易错点 ① 把最大角找错(找成 C);② cosA 分子写成 a²−b²−c²(符号反,得 +1/2 误判锐角);③ 得到 cosA<0 却不敢判钝角;④ 忘记 A∈(0,π) 时 cosA=−1/2 唯一对应 120°。

四、题3 周长一定时的面积最值

题目 若 △ABC 的周长为定值 2p = 12,求面积 S 的最大值,并指出取等条件。

审题眼 「周长定值求面积最大」→ 等边三角形。可用海伦公式 + 基本不等式严格证明,别只写结论。

规范作答(海伦公式 + 基本不等式)

设半周长 p = 6,由海伦公式
S² = p(p−a)(p−b)(p−c) = 6·(6−a)(6−b)(6−c)。

令 x = 6−a,y = 6−b,z = 6−c,则 x+y+z = 18 − (a+b+c) = 18 − 12 = 6,且 x,y,z > 0。
由三元基本不等式 xyz ≤ [(x+y+z)/3]³ = (6/3)³ = 8,等号当且仅当 x = y = z = 2,即 a = b = c = 4。

故 S² ≤ 6 × 8 = 48,S ≤ √48 = 4√3,当且仅当 a = b = c = 4(等边三角形)时取到。

验算 边长 4 的等边三角形面积 = (√3/4)×4² = 4√3 ✓;周长 3×4=12 ✓。另取不等边例子 a=5,b=4,c=3:p=6,S²=6·1·2·3=36,S=6 < 4√3≈6.93 ✓ 确实更小。

采分点 写出海伦公式(2分);设 x,y,z 并算出 x+y+z=6(2分);三元基本不等式及等号条件(3分,本题核心);最大值 4√3(1分);取等条件 a=b=c=4(1分);验算(1分)。

易错点 ① 直接写「等边时最大」不给证明(结论对但过程分全丢);② 忘记验证等号条件能否达到(本题 a=b=c=4 满足三角形条件,必须写);③ 把 p 当成周长(p 是半周长,本题 p=6 不是 12);④ 海伦公式里 (p−a)(p−b)(p−c) 漏乘 p。

五、余弦定理题书写清单

  • □ 先判条件:两边夹角/三边 → 余弦定理;两角一边/SSA → 正弦定理;
  • □ 面积看准夹角:S = ½bc sinA,两边必须是该角的邻边;
  • □ 三边求角用变形式 cosA = (b²+c²−a²)/(2bc),先找最大边定最大角;
  • □ 判形状:cosA<0 ⇔ a²>b²+c² ⇔ 钝角;不要只凭直觉;
  • □ 周长定值求最值:海伦公式 + (x+y+z)/3 ≥ ∛(xyz),等号条件必须写出并验证可实现;
  • □ 用两种方法互验:正弦定理反算、海伦公式、等边面积公式任选其一;
  • □ 结果化简、带单位,结论句写全「当且仅当……时取得」。

余弦定理题的计算不难,给分点全在公式选对、夹角认准、等号条件验到。把这三件写成固定动作,综合题也不乱。

编写说明与学科依据

本文为备考教研体例稿:题目系按课程标准与联招常见考点范围编写的仿真练习题,非真题原文;文中案例为示意内容,非真实记录;文末栏目为学科依据说明,非逐条引文。涉及报考、录取、证件、居留、资助等事项,一律以当年官方文件与学校正式通知为准。

学科依据:

  • 人教版高中数学必修第二册:余弦定理、三角形面积公式与基本不等式的应用
  • 《普通高等学校联合招收华侨港澳台学生考试大纲(数学科)》:解三角形考查范围(仅作命题范围参照,本文题目未与真题逐题比对)
  • 编写说明:题目与解析为按常见考点编写的教研整理,非官方试题与官方评分标准

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