射影定理在2016年高考中应用例析

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  高考题目不少都是来源于课本的,回归教材是高考复习中要注意的一个问题.下面以“射影定理”为例,说明高考中试题“源自课本,而又高于课本”.
  人教A版必修5第18页练习3
  在△ABC中,求证:a=bcosC ccosB,b=ccosA acosC,c=acosB bcosA.
  证明一(教师用书)右边=bcosC ccosB=b×a2 b2-c22ab c×a2 c2-b22ac
  =a2 b2-c22a a2 c2-b22a=2a22a=a=左边.类似可以证明另外两个等式.
  特别注明本题结论称为射影定理.
  证明二在△ABC中,A B C=π,A=π-B-C,sinA=sin(π-B-C)=sin(B C),展开得sinA=sin(B C)=sinBcosC cosBsinC,由正弦定理得a=bcosC ccosB,同理可得b=ccosA acosC,c=acosB bcosA.
  证明三分角A为锐角、直角、钝角作图讨论,过程略.
  下面来看2016年的几道高考题.
  例1(2016年全国卷1理科17题)△ABC的内角A,B,C的对边分别为a,b,c,已知2cosC(acosB bcosA)=c.
  (Ⅰ)求C;
  (Ⅱ)若c=7,△ABC的面积为332,求△ABC的周长.
  解(Ⅰ)由射影定理得acosB bcosA=c,又2cosC(acosB bcosA)=c,
  故2ccosC=c,cosC=12,因为C∈0,π所以C=π3.
  (Ⅱ)由余弦定理得:c2=a2 b2-2abcosC,7=a2 b2-2ab·12,a b2-3ab=7.
  S=12absinC=34ab=332,所以ab=6,所以a b2-18=7,所以a b=5,
  所以△ABC周长为a b c=5 7.
  评注本题难度不大,但运用射影定理无疑会给解题带来方便,省去推导与转化的麻烦,可以节约篇幅和时间,充分享受数学简约之美.
  例2(2016年四川卷文科18题)在△ABC中,角A,B,C所对的边分别是a,b,c,且cosAa cosBb=sinCc.
  (Ⅰ)证明:sinAsinB=sinC;
  (Ⅱ)若b2 c2-a2=65bc,求tanB.
  证明(Ⅰ)由cosAa cosBb=sinCc变形得,c(bcosA acosB)=absinC,又由射影定理得bcosA acosB=c,即c2=absinC,又由正弦定理得sin2C=(sinAsinB)sinC,C∈(0,π),sinC≠0,
  故有sinAsinB=sinC成立.
  解(Ⅱ)由已知b2 c2-a2=65bc,根据余弦定理,有cosA=b2 c2-a22bc=35,
  所以sinA=1-cos2A=45.由(Ⅰ)
  sinAsinB=sinC=sin(π-A-B)=sin(A B)=sinAcosB cosAsinB,
  所以45sinB=45cosB 35sinB,故tanB=sinBcosB=4.
  评注问题(Ⅰ)应用射影定理求证,简洁明了.
  例3(2016年山东卷理科16题)在△ABC中,角A,B,C的对边分别为a,b,c,已知2(tanA tanB)=tanAcosB tanBcosA.
  (Ⅰ)证明:a b=2c;
  (Ⅱ)求cosC的最小值.
  证明(Ⅰ)由2(tanA tanB)=tanAcosB tanBcosA化切为弦得
  2(sinAcosA sinBcosB)=sinAcosAcosB sinBcosAcosB,化简得2(sinAcosB sinBcosA)=sinA sinB,由正弦定理得2(acosB bcosA)=a b,又由射影定理知acosB bcosA=c,故a b=2c成立.
  解(Ⅱ)由(Ⅰ)知c=a b2,所以cosC=a2 b2-c22ab=a2 b2-(a b2)22ab=
  38(ba ab)-14≥12,当且仅当a=b时,等号成立.故cosC的最小值为12.
  评注虽然所给式子较为复杂,但通过化切割为弦的处理,为射影定理的使用奠定了基础,而射影定理的使用大大简化了解题过程.
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