摘 要: 解三角形的問題關(guān)鍵是什么?本文從三個方面進(jìn)行說明:知識體系要清晰;解的個數(shù)判斷及邊角關(guān)系的相互轉(zhuǎn)化;實際問題的模型轉(zhuǎn)化要到位。
關(guān)鍵詞: 解三角形 正弦定理 余弦定理 邊角關(guān)系
解三角形是《普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書?數(shù)學(xué)必修5》的一個重要章節(jié),課本主要從實際問題出發(fā)引出相應(yīng)的正余弦定理,雖然容易入手但上手難,特別是運(yùn)用正余弦定理等知識和方法解決一些與測量和幾何計算有關(guān)的實際問題.那么解三角形的問題關(guān)鍵是什么?以下主要從三個方面進(jìn)行說明.
一、知識體系要清晰
《標(biāo)準(zhǔn)》要求將解三角形問題作為幾何度量問題來解決,強(qiáng)調(diào)在已有的知識基礎(chǔ)上,通過對邊與角關(guān)系的探究發(fā)現(xiàn),掌握邊與角之間的關(guān)系,形成清晰的知識體系.常見的三角形問題可分為幾種類型:三邊、兩邊一角、一邊兩角、三角.如何解決這些問題呢?我們可以把它們分成兩大類:正弦定理(兩邊一對角、一邊兩角);余弦定理(三邊、兩邊一夾角、兩邊一對角).結(jié)合以上這兩種分法,我們明確對應(yīng)的類型的解決方法,對于解三角形起著事半功倍的作用.對于解三角形的問題我們只需分析好具體給出的條件,就能較快地找到對應(yīng)的處理方式,甚至于只要明確對應(yīng)條件,解題思路就一目了然,以下面的例子進(jìn)行說明。
例1:在△ABC中,已知AB=4,AC=7,BC邊上的中線AD=3.5,求BC的長.
本例提供的條件中表面上只有邊的關(guān)系,其實隱含著兩個條件:∠ADC、∠ADB互補(bǔ),BD=CD,屬于三邊及一角的問題,對應(yīng)運(yùn)用余弦定理解決:cos∠ADB+cos∠ADC=0,又因為BD=CD,可得BD=4.5,則BC=9.由此我們不難發(fā)現(xiàn),當(dāng)明確了知識體系及題目已知條件時,解題就水到渠成了.
二、幾種常見問題要掌握
1.解的個數(shù)判斷
在已知三角形的兩邊及一對角解三角形時得到一個角的正弦值,例如a,b,A,由正弦定理我們不難得出其值,但是對于三角形內(nèi)角來講正弦值始終為正數(shù),此時就可能出現(xiàn)互補(bǔ)的銳角和鈍角,此時就可能存在解的個數(shù)問題.以下主要以實例形式從三個角度來說明如何處理:
例2:根據(jù)下列條件解三角形,其中有兩個解的是:
A.b=10,A=45°,C=70°;
B.a=60,c=48,B=60°;
C.a=5,b=4,A=60°;
D.a=14,b=16,A=45°.
分析:選項A是一邊和兩角的問題,只有一解;選項B是兩邊一夾角問題,只有一解.
方法一:利用大角對大邊(前提是要注意先求出sina=m,只有當(dāng)-1<m<1,此時才有意義).選項C:由正弦定理可知sinB<1且a>b,此時只有一解.選項D:由正弦定理可知sinB<1且a<b,此時兩解.
方法二:利用圖像判斷。選項C:如圖所示可知CD=bsin60°,而BC=5,BC>AC,所以B點(diǎn)在AA′的延長線上,故只有一解.選項D:同理可知CD<BC<AC,所以B點(diǎn)在DA′或AD上,故有兩解.
方法三:利用余弦定理。選項C:由余弦定理,即得c-4c+9=0,此時△>0,方程有兩不等實根,且兩根之積為-9,只有一正根,所以方程只有一解;選項D:同理此時△>0,方程有兩不等實根,且兩根之積為15,兩根之和為8,方程有兩不等正根,所以有兩解.
2.邊角關(guān)系的相互轉(zhuǎn)化
解三角形的本質(zhì)就是:把“未知的邊角”轉(zhuǎn)化為“已知”,這就是求解過程.那么如何轉(zhuǎn)化角與邊呢?由正弦定理可知此時邊的比可以轉(zhuǎn)化為角的正弦比,由余弦定理可知角的余弦值可以轉(zhuǎn)化為邊的比值,同時從邊的關(guān)系如a=b+c-bc我們也能得出對應(yīng)角的余弦值.
例3:△ABC中,若(2a+c)cosB=-bcosC,求B的大小.
法一:由正弦定理可得(2sinA+sinC)cosB=-bsinAcosC,即2cosBsinA+cosBsincC+sinBcosC=0,
2cosBsinA+sin(B+C)=0,即sinA(2cosB+1)=0,cosB=0.5,所以B=120°.
法二:由余弦定理可知(2a+c)=-b,代入整理得2a(a+c-b+ac)=0,即b=a+c+ac,由余弦定理可得B=120°.
通過例4我們可以得出已知三角形中的邊角關(guān)系式,要轉(zhuǎn)化為已知條件或者判斷形狀,有兩條思路:其一化邊為角,再進(jìn)行三角恒等變換求出三個角之間的關(guān)系式;其二化角為邊,再進(jìn)行代數(shù)恒等變換求出三條邊之間的關(guān)系式.兩種轉(zhuǎn)化主要應(yīng)用正弦定理和余弦定理.這兩種解法,都是通過兩種不同的轉(zhuǎn)化來實現(xiàn)的.
三、實際問題的模型轉(zhuǎn)化要到位
如何建立三角模型,這是我們解決實際問題的關(guān)鍵.特別是方位角的轉(zhuǎn)化,要轉(zhuǎn)化到位才能明確模型的解決方法.在模型建立之后,就是解一個或者多個有關(guān)聯(lián)的三角形,這些三角形或者有相同的邊,又或者有相關(guān)的角.以課本一道題為例:課本習(xí)題1.2中A組第10題:如圖一架飛機(jī)以326km/h的速度,沿北偏東75°的航向從城市A出發(fā)向城市B飛行,18min以后,飛機(jī)由于天氣原因按命令改飛另一城市C,問收到命令時飛機(jī)應(yīng)沿什么航向飛行,此時離城市C的距離是多少?
分析:不妨設(shè)在18min后到達(dá)E點(diǎn),則AE=97.8km,要求的是CE及E到C的方位角.分四步:第(1)步:△ACD中已知AD、CD及∠ADC,解三角形即可知AC、∠ACD;第(2)步:在△ABC中,已知∠ACB=133°-∠ACD,AC,BC,解三角形可知∠BAC;第(3)步:在△ACE中,∠CAE=∠BAC,AC,AE,即可知CE,∠AEC;第(4)步由飛機(jī)沿北偏東75°的航向從城市A出發(fā)向城市B飛行,可知飛機(jī)應(yīng)沿南偏西75°-∠AEC(如果為負(fù)數(shù)則為南偏東方向航行).
本題如果只求CE的距離只要通過解三角形就可以得出,但是如果要求航向就要借助于方位角,如果方位角轉(zhuǎn)化不到位就很難找到。在上述例題中我們主要通過建立直角坐標(biāo)系,來明確方位角與三角形內(nèi)角的關(guān)系,由此可以看到方位角“北偏東75°”轉(zhuǎn)化為它與∠AEC的關(guān)系,這為我們最后求方向奠定了基礎(chǔ).
參考文獻(xiàn):
?。?]普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書?數(shù)學(xué)必修5.
[2]劉云.構(gòu)建高效的數(shù)學(xué)教學(xué).數(shù)學(xué)教學(xué)通訊(教師版),2010.3.
注:“本文中所涉及到的圖表、公式、注解等請以PDF格式閱讀”