浅析“解三角形”在高中数学的意义

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  “解三角形”是高中数学的重要内容,也是高考经常会考查的知识点。很多同学感觉这部分内容学习时并不困难,但得分率并不高,解题时非常容易出错。已知三角形的几个元素求其它元素的过程叫做解三角形,一般是已知三个元素求另外的三个元素,可分为以下几个类型。当已知三个角时,因三角形形状不固定,因此无法解三角形;当已知三角形的三边解三角形时,在满足两边之和大于第三边这个条件的情况下,利用余弦定理可求三个角且解是唯一确定的;当已知两角及其一边时,利用三角形内角和定理求第三个角,再利用正弦定理求其余两个边,解也是唯一确定的;当已知两边及其夹角时,利用余弦定理求第三边,再利用正弦定理或余弦定理求其一角,利用三角形内角和定理求最后一个角,解也是唯一的。但已知三角形的两边和其中一边的对角时,情况却比较复杂,以下从三个方面谈谈此时三角形解的个数问题。
  一、 利用三角函数的值域来判断有一解,两解或是无解
  以已知 , ,A,解三角形的问题为例来讨论。在这种情形下我们可以先用正弦定理,计算出另一边的对角的正弦值
  并由此求出B;再用三角形内角和计算出第三个角
  然后,应用正弦定理计算第三边
  1. 如果已知的A是钝角或直角,那么必须 才有解,这时从 计算B时,只能取锐角的值,因此有一个解。
  2. 如果已知的A是锐角,并且 或者 ,这时 计算B时,也只能取锐角的值,因此有一个解。
  3. 如果已知的A是锐角,并且 ,我们可以分下面三种情形来讨论:
  (1)如果 ,这时从 计算得 ,B可以取一个锐角的值和一个钝角的值,因此可以有两个解。
  (2)如果 ,这时从 计算得 ,B只能是直角,因此只有一个解。
  (3)如果 ,这时从 计算得 ,但是一个角的正弦值不能大于1,因此没有解。
  二、利用数形结合的方法总结出如何判断有一解,两解或是无解
  已知 , ,和 ,当 为锐角时:
  当A为直角或钝角时:
  三、通过用余弦定理的变形通过讨论方程的根来判断三角形的解的个数
  在△ABC中,已知a、b和A,由余弦定理 可变形得:
  (﹡) 这是一个关于c的一元二次方程。
  1. 若方程(﹡)有两个不相等的实数根 、 ,且:
  (1) , ,则此三角形有两解;
  (2) , ,则此三角形有一解;
  (3) , 则此三角形无解。
  2. 若方程(*)有两个相等的实数根 ,且:
  (1) ,则此三角形有一解;
  (2) ,则此三角形无解。
  3. 若方程(*)无实数根,则此三角形无解。
  综合分析以上各种情况,可以发现:方程(*)有几个正实数根,三角形就有几个解;因此,遇到该类问题,就可以转化为方程(*)正实数根的个数了,比用正弦定理讨论起来更简捷,更实用,且具有公式化。
  例1:根据下列条件,判断△ABC解的个数。
  (1) , , ;(2) , , ;
  (3) , , 。
  解:由变式(*)得如下方程:
  (1)
  即 ,所以 , 故此三角形无解。
  (2)
  即
  所以 ,故此三角形只有一解;
  (3)
  即
  所以 , 故此三角形有两解。
  例2:△ABC中,已知 , , ,求角A,角C和边
  〖考查提示〗 由题目可获取以下主要信息:
  (1) 已知两边和其中一边的对角;(2)求另外的两角和另一边。
  解答本题可先由正弦定理求出角C,然后再求其他的边和角。也可以由余弦定理列出关于边长 的方程,首先求出边长 ,再由正弦定理求角A、角C。
  〖标准解析〗 方法一:由余弦定理 ,得:
  ∴ 得 或6。
  当 时, ,∴
  当 时,由正弦定理
  ∴ ,∴
  方法二:由 , , 知本题有两解。
  由正弦定理
  ∴ 或
  当 时, ,由勾股定理
  当 时, ,△ABC为等腰三角形,∴
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