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例题精讲 · 第 00100 题 · 三道自编题·数量积、余弦定理两路互验

解三角形与向量综合题的通用桥梁是数量积:AB·AC = bc cosA,一头连着余弦定理,一头连着面积与三角恒等变换。本文用三道自编题做完整精讲:由数量积与两边求第三边和面积并用坐标法互验、由数量积反求角与边、以及边角混合恒等式的化角求角。每题给出两种解法互验、数值回代、采分点与高频错因,并附常用桥梁式对照表。

00100题号全 1000 篇 · 第 第17轮 / 第17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——题目、材料、选项、数据与情境均为按课程标准与联招常见考点独立编写的原创仿真题,非真题原文,未取自任何题库、教辅或试卷;解析与采分点为教研整理,非官方评分标准。

例题精讲 · 数学解三角形

一、考点定位与做题顺序

四条桥梁式要能随手互换:① AB·AC = |AB||AC|cosA = cb cosA(注意 |AB| = c、|AC| = b,别接反);② a² = b² + c² − 2bc cosA;③ S = ½bc sinA;④ 边角互化用正弦定理 a/sinA = b/sinB = c/sinC,配合 sin(A+C) = sinB(因为 A+B+C = π)。

两条常见路径:向量 → 余弦定理(由点积得 cosA,再求 a);边角混合式 → 化角(把边全换成 sin,再用和角公式合并,最后利用 sinB ≠ 0 约去)。做题务必做一次坐标法或数值回代,因为把 |AB| 与 |AC| 接反是最隐蔽的错误。下面边长、角度与向量数值均为自编并逐处回代。

二、题目呈现

题1

在 △ABC 中,已知 |AB| = 2,|AC| = 3,向量 AB 与 AC 的数量积 AB·AC = 3。
(1) 求角 A 与边 a(即 |BC|);
(2) 求 △ABC 的面积 S;
(3) 建立坐标系用坐标法验证 (1)(2) 的结果。

题2

在 △ABC 中,角 A、B、C 的对边分别为 a、b、c,且满足 (2b − c)cosA = a cosC。求角 A 的大小。

题3(单选)

在 △ABC 中,若 AB·AC = 3,|AB| = 2,|AC| = 3,则 |BC| 等于( )

A. √5 B. √7 C. 3 D. √13

三、分步解析

题1 (1) 由数量积定义 AB·AC = |AB||AC|cosA = 2 × 3 × cosA = 6cosA。题给 AB·AC = 3,故 cosA = 3/6 = 1/2,A ∈ (0, π) ⇒ A = 60°。
由余弦定理(注意 |AB| = c = 2、|AC| = b = 3):
a² = b² + c² − 2bc cosA = 9 + 4 − 2 × 3 × 2 × (1/2) = 13 − 6 = 7,故 a = √7。
采分点:写出数量积定义 1 分、求 cosA 1 分、定 A 1 分、正确对应 b/c 1 分、余弦定理求 a 2 分。

题1 (2) S = ½ bc sinA = ½ × 3 × 2 × sin60° = 3 × (√3/2) = 3√3/2。
也可用数量积与模长关系互验:由 |AB × AC|² = |AB|²|AC|² − (AB·AC)² = 4 × 9 − 9 = 27,故平行四边形面积 = √27 = 3√3,三角形面积为其一半 = 3√3/2 ✓,与面积公式一致。

题1 (3) 坐标法验算:置 A 于原点,令 AB 沿 x 轴,则 B(2, 0)。由 |AC| = 3、A = 60° 得 C(3cos60°, 3sin60°) = (3/2, 3√3/2)。
① 数量积:AB·AC = (2,0)·(3/2, 3√3/2) = 2 × 3/2 + 0 = 3 ✓ 与题给一致。
② 边长:|BC|² = (3/2 − 2)² + (3√3/2 − 0)² = (−1/2)² + 27/4 = 1/4 + 27/4 = 28/4 = 7 ⇒ |BC| = √7 ✓。
③ 面积:S = ½|x_B y_C − y_B x_C| = ½ |2 × 3√3/2 − 0| = 3√3/2 ✓。
三条全部与 (1)(2) 吻合,说明 b、c 未接反、cosA 与坐标设定自洽。

题2 化角为纯角关系:由正弦定理把边换成角(a = 2R sinA、b = 2R sinB、c = 2R sinC,2R 可约去):
(2 sinB − sinC) cosA = sinA cosC。
展开:2 sinB cosA − sinC cosA = sinA cosC ⇒ 2 sinB cosA = sinA cosC + sinC cosA。
右边正是两角和的正弦:sinA cosC + cosA sinC = sin(A + C)。又 A + B + C = π ⇒ A + C = π − B ⇒ sin(A + C) = sinB。
于是 2 sinB cosA = sinB。因 B ∈ (0, π),sinB > 0,可约去,得 2cosA = 1 ⇒ cosA = 1/2 ⇒ A = 60°。
数值回代验算:取等边三角形 a = b = c = 2,则左边 (2b − c)cosA = (4 − 2) × 1/2 = 1,右边 a cosC = 2 × 1/2 = 1 ✓ 等式成立,且 A = 60°。再取 A = 90°(cosA = 0)检验:左边 = 0,右边 = a cosC > 0(锐角 C),不成立 ✓,排除其他解。
采分点:正弦定理化边 2 分、和角公式合并 2 分、利用 A+C = π−B 1 分、说明 sinB ≠ 0 可约 1 分、结论 1 分、回代 1 分。

题3 由题1 (1) 已得 cosA = 1/2,a = √7,故选 B。
直接路径:|BC|² = |AC − AB|² = |AC|² + |AB|² − 2 AB·AC = 9 + 4 − 2 × 3 = 13 − 6 = 7 ⇒ |BC| = √7 ✓。
快捷公式:|BC|² = b² + c² − 2 AB·AC(因为 2bc cosA 正好就是 2 AB·AC),一步可得,不必先求角。
干扰项来源:A 项 √5 是把 2 AB·AC 误算成 2×4;C 项 3 是直接取了 |AC|;D 项 √13 是漏减数量积项(只算了 9+4)。故答案为 B。

桥梁小结 本题组三题用的是同一组桥梁:题1 由 AB·AC → cosA → a → S 一路正推,再用坐标法三条回代;题2 由正弦定理化边 + 和角公式把混合式压成 cosA;题3 直接利用 2bc cosA = 2 AB·AC 跳过求角。三题的答案 A = 60°、a = √7、S = 3√3/2 可以互相印证。

四、采分点对照

题号答案采分点构成
题1 (1)A=60°,a=√7数量积定义 1 分;cosA 1 分;定角 1 分;b/c 对应 1 分;余弦定理 2 分
题1 (2)S=3√3/2面积公式 2 分;向量模长互验 2 分
题1 (3)坐标法三条验算建系与坐标 2 分;点积 1 分;|BC| 1 分;面积 1 分;结论 1 分
题2A=60°化边 2 分;和角合并 2 分;A+C=π−B 1 分;sinB>0 1 分;结论回代 2 分
题3B(√7)写出 |BC|² 公式 2 分;代入 1 分;排除干扰 1 分

五、高频易错点

  • 把 |AB| 与 |AC| 接反:误写成 |AB| = b、|AC| = c,导致余弦定理里 b、c 数值对调(本题恰好 9+4 对称,错也看不出,必须用坐标法验)。
  • 题2 化边后忘记合并 sinA cosC + sinC cosA = sin(A+C),或忘记 A+C = π−B。
  • 题2 约去 sinB 时不说明 sinB > 0,逻辑不完整。
  • 题3 把 |BC|² 写成 b² + c² − AB·AC(漏系数 2),得 13 − 3 = 10。
  • 求出 cosA 后不写 A ∈ (0, π) 的范围限定,或多写一个 300° 之类的解。

六、小结与自查清单

桥梁式用途本题落点
AB·AC = bc cosA由点积求角;或反求点积题1:3 = 6cosA ⇒ A=60°
a² = b²+c²−2bc cosA由角与两边求第三边题1:a=√7
S = ½bc sinA面积题1:3√3/2
a=2R sinA 等 + 和角公式边角混合式化角题2:2sinB cosA = sinB
|BC|² = b²+c²−2 AB·AC跳过求角直接算第三边题3:13−6=7
  • □ 先写清 |AB| = c、|AC| = b,再代入数量积与余弦定理。
  • □ 边角混合式一律先用正弦定理化边为角,再找和角公式。
  • □ 约去 sinB 前写明 B ∈ (0,π) ⇒ sinB > 0。
  • □ 用坐标法或数值回代验一遍点积、边长、面积三项,防 b/c 接反。
  • □ 求角后写明取值范围,排除多余解。

向量与解三角形的接口只有一句话:AB·AC = bc cosA,而 2bc cosA 正好是余弦定理里被减掉的那一项。抓住这个,题1 能一路正推、题3 能跳过求角、题2 能把边角混合式压成 cosA。再用坐标法把点积、边长、面积三条各回代一次,b、c 有没有接反立刻现形。本组边长、角度与向量数值均为原创自编,并逐处回代。

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与选择性必修:正弦定理、余弦定理、平面向量数量积与三角恒等变换
  • 《普通高等学校联合招收华侨港澳台学生考试大纲(数学科)》:解三角形与平面向量考查范围(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、边长与角度均为按常见考点独立编写的原创仿真题,未取自任何题库、教辅或试卷;解析与采分点为教研整理,非官方评分标准

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