【数学】2020届一轮复习(文)人教通用版4-7解三角形的实际应用学案

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【数学】2020届一轮复习(文)人教通用版4-7解三角形的实际应用学案

§4.7 解三角形的实际应用 最新考纲 考情考向分析 能够运用正弦定理、余弦定理等 知识和方法解决一些与测量和几 何计算有关的实际问题. 以利用正弦定理、余弦定理测量距离、高度、角度等实 际问题为主,常与三角恒等变换、三角函数的性质结合 考查,加强数学知识的应用性.题型主要为选择题和填 空题,中档难度. 实际测量中的常见问题 求 AB 图形 需要测量的元素 解法 求 竖 直 高 度 底部 可达 ∠ACB=α,BC=a 解直角三角形 AB=atan α 底部 不可达 ∠ACB=α,∠ADB=β,CD=a 解两个直角三角形 AB= atan αtan β tan β-tan α 求 水 平 距 离 山两侧 ∠ACB=α,AC=b,BC=a 用余弦定理 AB= a2+b2-2abcos α 河两岸 ∠ACB=α,∠ABC=β,CB=a 用正弦定理 AB= asin α sinα+β 河对岸 ∠ADC=α,∠BDC=β,∠BCD =δ,∠ACD=γ,CD=a 在 △ADC 中 , AC = asin α sinα+γ ;在△BDC 中, BC= asin β sinβ+δ ;在△ABC 中,应用余弦定理求 AB 概念方法微思考 在实际测量问题中有哪几种常见类型,解决这些问题的基本思想是什么? 提示 实际测量中有高度、距离、角度等问题,基本思想是根据已知条件,构造三角形(建 模),利用正弦定理、余弦定理解决问题. 题组一 思考辨析 1.判断下列结论是否正确(请在括号中打“√”或“×”) (1)从 A 处望 B 处的仰角为α,从 B 处望 A 处的俯角为β,则α,β的关系为α+β= 180°.( × ) (2)俯角是铅垂线与视线所成的角,其范围为 0,π 2 .( × ) (3)方位角与方向角其实质是一样的,均是确定观察点与目标点之间的位置关系.( √ ) (4)方位角大小的范围是[0,2π),方向角大小的范围一般是 0,π 2 .( √ ) 题组二 教材改编 2.如图所示,设 A,B 两点在河的两岸,一测量者在 A 所在的同侧河岸边选定一点 C,测出 A,C 的距离为 50 m,∠ACB=45°,∠CAB=105°后,就可以计算出 A,B 两点的距离为 ________ m. 答案 50 2 解析 由正弦定理得 AB sin∠ACB = AC sin B , 又 B=30°, ∴AB=ACsin∠ACB sin B = 50× 2 2 1 2 =50 2(m). 3.如图,在山脚 A 测得山顶 P 的仰角为 30°,沿倾斜角为 15°的斜坡向上走 a 米到 B,在 B 处测得山顶 P 的仰角为 60°,则山高 h=______米. 答案 2 2 a 解析 由题图可得∠PAQ=α=30°, ∠BAQ=β=15°,在△PAB 中,∠PAB=α-β=15°, 又∠PBC=γ=60°, ∴∠BPA=(90°-α)-(90°-γ)=γ-α=30°, ∴在△PAB 中, a sin 30° = PB sin 15° , ∴PB= 6- 2 2 a, ∴PQ=PC+CQ=PB·sin γ+asin β = 6- 2 2 a×sin 60°+asin 15°= 2 2 a. 题组三 易错自纠 4.要测量底部不能到达的电视塔 AB 的高度,在 C 点测得塔顶 A 的仰角是 45°,在 D 点测 得塔顶 A 的仰角 30°,并测得水平面上的∠BCD=120°,CD=40 m,则电视塔的高度为( ) A.10 2 m B.20 m C.20 3 m D.40 m 答案 D 解析 设电视塔的高度为 x m,则 BC=x,BD= 3x.在△BCD 中,由余弦定理得 3x2=x2+ 402-2×40x×cos 120°,即 x2-20x-800=0,解得 x=-20(舍去)或 x=40.故电视塔的高度为 40 m. 5.在某次测量中,在 A 处测得同一半平面方向的 B 点的仰角是 60°,C 点的俯角是 70°,则 ∠BAC=________. 答案 130° 解析 60°+70°=130°. 6.海上有 A,B,C 三个小岛,A,B 相距 5 3 海里,从 A 岛望 C 和 B 成 45°视角,从 B 岛 望 C 和 A 成 75°视角,则 B,C 两岛间的距离是________海里. 答案 5 2 解析 由题意可知∠ACB=60°,由正弦定理得 AB sin∠ACB = BC sin∠BAC ,即 5 3 sin 60° = BC sin 45° ,得 BC=5 2. 题型一 测量距离问题 1.(2018·营口检测)江岸边有一炮台高 30 m,江中有两条船,船与炮台底部在同一水平面上, 由炮台顶部测得俯角分别为 45°和 60°,而且两条船与炮台底部连线成 30°角,则两条船相距 ____m. 答案 10 3 解析 如图, OM=AOtan 45°=30(m), ON=AOtan 30°= 3 3 ×30=10 3(m), 在△MON 中,由余弦定理得 MN= 900+300-2×30×10 3× 3 2 = 300=10 3 (m). 2.如图,A,B 两点在河的同侧,且 A,B 两点均不可到达,要测出 A,B 的距离,测量者可 以在河岸边选定两点 C,D,若测得 CD= 3 2 km,∠ADB=∠CDB=30°,∠ACD=60°, ∠ACB=45°,则 A,B 两点间的距离为________ km. 答案 6 4 解析 ∵∠ADC=∠ADB+∠CDB=60°,∠ACD=60°, ∴∠DAC=60°, ∴AC=DC= 3 2 km. 在△BCD 中,∠DBC=45°, 由正弦定理,得 BC= DC sin∠DBC ·sin∠BDC= 3 2 sin 45° ·sin 30°= 6 4 (km). 在△ABC 中,由余弦定理, 得 AB2=AC2+BC2-2AC·BCcos 45°=3 4 +3 8 -2× 3 2 × 6 4 × 2 2 =3 8. ∴AB= 6 4 km. ∴A,B 两点间的距离为 6 4 km. 3.如图,为了测量两座山峰上 P,Q 两点之间的距离,选择山坡上一段长度为 300 3 m 且 和 P,Q 两点在同一平面内的路段 AB 的两个端点作为观测点,现测得∠PAB=90°,∠PAQ =∠PBA=∠PBQ=60°,则 P,Q 两点间的距离为________ m. 答案 900 解析 由已知,得∠QAB=∠PAB-∠PAQ=30°. 又∠PBA=∠PBQ=60°, ∴∠AQB=30°,∴AB=BQ. 又 PB 为公共边,∴△PAB≌△PQB, ∴PQ=PA. 在 Rt△PAB 中,AP=AB·tan 60°=900,故 PQ=900, ∴P,Q 两点间的距离为 900 m. 思维升华 求距离问题的两个策略 (1)选定或确定要创建的三角形,首先确定所求量所在的三角形,若其他量已知则直接求解; 若有未知量,则把未知量放在另一确定三角形中求解. (2)确定用正弦定理还是余弦定理,如果都可用,就选择更便于计算的定理. 题型二 测量高度问题 例 1 (2018·赤峰测试)如图,小明同学在山顶 A 处观测到一辆汽车在一条水平的公路上沿直 线匀速行驶,小明在 A 处测得公路上 B,C 两点的俯角分别为 30°,45°,且∠BAC=135°, 若山高 AD=100 m,汽车从 B 点到 C 点历时 14 s,则这辆汽车的速度约为________ m/s.(精 确到 0.1,参考数据: 2≈1.414, 5≈2.236) 答案 22.6 解析 因为小明在 A 处测得公路上 B,C 两点的俯角分别为 30°,45°,所以∠BAD=60°, ∠CAD=45°,设这辆汽车的速度为 v m/s,则 BC=14v,在 Rt△ADB 中,AB= AD cos∠BAD = AD cos 60° =200.在 Rt△ADC 中,AC= AD cos∠CAD = 100 cos 45° =100 2.在△ABC 中,由余弦定理, 得BC2=AC2+AB2-2AC·AB·cos∠BAC,所以(14v)2=(100 2)2+2002-2×100 2×200×cos 135°, 所以 v=50 10 7 ≈22.6,所以这辆汽车的速度约为 22.6 m/s. 思维升华 (1)高度也是两点之间的距离,其解法同测量水平面上两点间距离的方法是类似 的,基本思想是把要求的高度(某线段的长度)纳入到一个可解的三角形中. (2)在实际问题中,可能会遇到空间与平面(地面)同时研究的问题,这时最好画两个图形,一 个空间图形,一个平面图形,这样处理起来既清楚又不容易搞错. 跟踪训练 1 如图所示,在山顶铁塔上 B 处测得地面上一点 A 的俯角为α,在塔底 C 处测得 A 处的俯角为β.已知铁塔 BC 部分的高为 h,则山高 CD=____________. 答案 hcos αsin β sinα-β 解析 由已知得∠BCA=90°+β,∠ABC=90°-α,∠BAC=α-β,∠CAD=β. 在△ABC 中,由正弦定理得 AC sin∠ABC = BC sin∠BAC , 即 AC sin90°-α = BC sinα-β , ∴AC= BCcos α sinα-β = hcos α sinα-β. 在 Rt△ACD 中,CD=ACsin∠CAD=ACsin β=hcos αsin β sinα-β . 故山高 CD 为hcos αsin β sinα-β . 题型三 角度问题 例 2 如图所示,一艘巡逻船由南向北行驶,在 A 处测得山顶 P 在北偏东 15°(∠BAC=15°) 的方向,匀速向北航行 20 分钟后到达 B 处,测得山顶 P 位于北偏东 60°的方向,此时测得 山顶 P 的仰角为 60°,已知山高为 2 3 千米. (1)船的航行速度是每小时多少千米? (2)若该船继续航行 10 分钟到达 D 处,问此时山顶位于 D 处南偏东多少度的方向? 解 (1)在△BCP 中,由 tan∠PBC=PC BC ,得 BC= PC tan∠PBC =2, 在△ABC 中,由正弦定理得 BC sin∠BAC = AB sin∠BCA ,即 2 sin 15° = AB sin 45° , 所以 AB=2( 3+1), 故船的航行速度是每小时 6( 3+1)千米. (2)在△BCD 中,BD= 3+1,BC=2,∠CBD=60°,则由余弦定理得 CD= 6, 在△BCD 中,由正弦定理得 CD sin∠DBC = BC sin∠CDB , 即 6 sin 60° = 2 sin∠CDB ,所以 sin∠CDB= 2 2 , 所以,山顶位于 D 处南偏东 45°的方向. 思维升华 解决测量角度问题的注意事项 (1)首先应明确方位角和方向角的含义. (2)分析题意,分清已知与所求,再根据题意画出正确的示意图,这是最关键、最重要的一步. (3)将实际问题转化为可用数学方法解决的问题后,注意正弦、余弦定理的“联袂”使用. 跟踪训练 2 如图所示,已知两座灯塔 A 和 B 与海洋观察站 C 的距离相等,灯塔 A 在观察站 C 的北偏东 40°的方向上,灯塔 B 在观察站 C 的南偏东 60°的方向上,则灯塔 A 在灯塔 B 的 ______的方向上. 答案 北偏西 10° 解析 由已知得∠ACB=180°-40°-60°=80°, 又 AC=BC,∴∠A=∠ABC=50°,60°-50°=10°, ∴灯塔 A 位于灯塔 B 的北偏西 10°的方向上. 1.(2018·沈阳调研)已知 A,B 两地间的距离为 10 km,B,C 两地间的距离为 20 km,现测 得∠ABC=120°,则 A,C 两地间的距离为( ) A.10 km B.10 3 km C.10 5 km D.10 7 km 答案 D 解析 如图所示,由余弦定理可得 AC2=100+400-2×10×20×cos 120°=700,∴AC= 10 7. 2.如图所示,在坡度一定的山坡 A 处测得山顶上一建筑物 CD 的顶端 C 对于山坡的斜度为 15°,向山顶前进 100 m 到达 B 处,又测得 C 对于山坡的斜度为 45°,若 CD=50 m,山坡对 于地平面的坡度为θ,则 cos θ等于( ) A. 3 2 B. 2 2 C. 3-1 D. 2-1 答案 C 解析 在△ABC 中,由正弦定理得 AB sin 30° = AC sin 135° , ∴AC=100 2. 在△ADC 中, AC sinθ+90° = CD sin 15° , ∴cos θ=sin(θ+90°)=AC·sin 15° CD = 3-1. 3.一艘海轮从 A 处出发,以每小时 40 海里的速度沿南偏东 40°的方向直线航行,30 分钟后 到达 B 处,在 C 处有一座灯塔,海轮在 A 处观察灯塔,其方向是南偏东 70°,在 B 处观察 灯塔,其方向是北偏东 65°,那么 B,C 两点间的距离是( ) A.10 2 海里 B.10 3 海里 C.20 3 海里 D.20 2 海里 答案 A 解析 如图所示,易知, 在△ABC 中,AB=20, ∠CAB=30°,∠ACB=45°, 根据正弦定理得 BC sin 30° = AB sin 45° , 解得 BC=10 2. 4.如图,两座相距 60 m 的建筑物 AB,CD 的高度分别为 20 m,50 m,BD 为水平面,则从 建筑物 AB 的顶端 A 看建筑物 CD 的张角为( ) A.30° B.45° C.60° D.75° 答案 B 解析 依题意可得 AD=20 10,AC=30 5, 又 CD=50,所以在△ACD 中, 由余弦定理得 cos∠CAD=AC2+AD2-CD2 2AC·AD =30 52+20 102-502 2×30 5×20 10 = 6 000 6 000 2 = 2 2 , 又 0°<∠CAD<180°,所以∠CAD=45°, 所以从顶端 A 看建筑物 CD 的张角为 45°. 5.(2018·呼和浩特质检)如图所示,测量河对岸的塔高 AB 时可以选与塔底 B 在同一水平面 内的两个测点 C 与 D,测得∠BCD=15°,∠BDC=30°,CD=30,并在点 C 测得塔顶 A 的 仰角为 60°,则塔高 AB 等于( ) A.5 6 B.15 3 C.5 2 D.15 6 答案 D 解析 在△BCD 中,∠CBD=180°-15°-30°=135°. 由正弦定理得 BC sin 30° = CD sin 135° ,所以 BC=15 2. 在 Rt△ABC 中,AB=BCtan∠ACB=15 2× 3=15 6. 故选 D. 6.(2018·丹东模拟)如图,从气球 A 上测得正前方的河流的两岸 B,C 的俯角分别为 75°,30°, 此时气球的高是 60 m,则河流的宽度 BC 等于( ) A.240( 3+1)m B.180( 2-1)m C.120( 3-1)m D.30( 3+1)m 答案 C 解析 如图,∠ACD=30°,∠ABD=75°,AD=60 m, 在 Rt△ACD 中, CD= AD tan∠ACD = 60 tan 30° =60 3(m), 在 Rt△ABD 中,BD= AD tan∠ABD = 60 tan 75° = 60 2+ 3 =60(2- 3)m, ∴BC=CD-BD=60 3-60(2- 3)=120( 3-1)m. 7.(2018·乌海模拟)如图,某工程中要将一长为 100 m,倾斜角为 75°的斜坡改造成倾斜角为 30°的斜坡,并保持坡高不变,则坡底需加长________m. 答案 100 2 解析 设坡底需加长 x m, 由正弦定理得 100 sin 30° = x sin 45° ,解得 x=100 2. 8.如图所示,位于 A 处的信息中心获悉:在其正东方向相距 40 海里的 B 处有一艘渔船遇险, 在原地等待营救.信息中心立即把消息告知在其南偏西 30°、相距 20 海里的 C 处的乙船, 现乙船朝北偏东θ的方向沿直线 CB 前往 B 处救援,则 cos θ的值为________. 答案 21 14 解析 在△ABC 中,AB=40,AC=20,∠BAC=120°, 由余弦定理得 BC2=AB2+AC2-2AB·AC·cos 120°=2 800, 得 BC=20 7. 由正弦定理,得 AB sin∠ACB = BC sin∠BAC , 即 sin∠ACB=AB BC·sin∠BAC= 21 7 . 由∠BAC=120°,知∠ACB 为锐角, 则 cos∠ACB=2 7 7 . 由θ=∠ACB+30°,得 cos θ=cos(∠ACB+30°) =cos∠ACBcos 30°-sin∠ACBsin 30°= 21 14 . 9.(2018·阜新模拟)一船向正北航行,看见正西方向相距 10 海里的两个灯塔恰好与它在一条 直线上,继续航行半小时后,看见一灯塔在船的南偏西 60°,另一灯塔在船的南偏西 75°, 则这艘船的速度是每小时________海里. 答案 10 解析 如图所示,依题意有∠BAC=60°,∠BAD=75°, 所以∠CAD=∠CDA=15°,从而 CD=CA=10, 在 Rt△ABC 中,得 AB=5, 于是这艘船的速度是 5 0.5 =10(海里/时). 10.(2018·盘锦质检)如图,某住宅小区的平面图呈圆心角为 120°的扇形 AOB,C 是该小区 的一个出入口,且小区里有一条平行于 AO 的小路 CD.已知某人从 O 沿 OD 走到 D 用了 2 分钟,从 D 沿 DC 走到 C 用了 3 分钟.若此人步行的速度为每分钟 50 米,则该扇形的半径 为______米. 答案 50 7 解析 如图,连接 OC,在△OCD 中,OD=100,CD=150,∠CDO=60°.由余弦定理得 OC2=1002+1502-2×100×150×cos 60°=17 500,解得 OC=50 7. 11.如图,在山底 A 点处测得山顶仰角∠CAB=45°,沿倾斜角为 30°的斜坡走 1 000 米至 S 点,又测得山顶仰角∠DSB=75°,则山高 BC 为______米. 答案 1 000 解析 由题图知∠BAS=45°-30°=15°,∠ABS=45°-(90°-∠DSB)=30°, ∴∠ASB=135°, 在△ABS 中,由正弦定理可得 1 000 sin 30° = AB sin 135° , ∴AB=1 000 2,∴BC=AB 2 =1 000. 12.如图,渔船甲位于岛屿 A 的南偏西 60°方向的 B 处,且与岛屿 A 相距 12 海里,渔船乙以 10 海里/时的速度从岛屿 A 出发沿正北方向航行,若渔船甲同时从 B 处出发沿北偏东α的方 向追赶渔船乙,刚好用 2 小时追上. (1)求渔船甲的速度; (2)求 sin α的值. 解 (1)依题意知,∠BAC=120°,AB=12,AC=10×2=20,∠BCA=α. 在△ABC 中,由余弦定理,得 BC2=AB2+AC2-2AB·AC·cos∠BAC=122+202-2×12×20×cos 120°=784, 解得 BC=28. 所以渔船甲的速度为BC 2 =14(海里/时). (2)在△ABC 中,因为 AB=12,∠BAC=120°,BC=28,∠BCA=α,由正弦定理,得 AB sin α = BC sin 120° , 即 sin α=ABsin 120° BC = 12× 3 2 28 =3 3 14 . 13.如图,在水平地面上有两座直立的相距 60 m 的铁塔 AA1 和 BB1.已知从塔 AA1 的底部看塔 BB1 顶部的仰角是从塔 BB1 的底部看塔 AA1 顶部的仰角的 2 倍,从两塔底部连线中点 C 分别 看两塔顶部的仰角互为余角,则从塔 BB1 的底部看塔 AA1 顶部的仰角的正切值为________; 塔 BB1 的高为________ m. 答案 1 3 45 解析 设从塔 BB1 的底部看塔 AA1 顶部的仰角为α, 则 AA1=60tan α,BB1=60tan 2α. ∵从两塔底部连线中点 C 分别看两塔顶部的仰角互为余角, ∴△A1AC∽△CBB1,∴AA1 30 = 30 BB1 , ∴AA1·BB1=900,∴3 600tan αtan 2α=900, ∴tan α=1 3 ,tan 2α=3 4 ,则 BB1=60tan 2α=45. 14.如图,据气象部门预报,在距离某码头南偏东 45°方向 600 km 处的热带风暴中心正以 20 km/h 的速度向正北方向移动,距风暴中心 450 km 以内的地区都将受到影响,则该码头将受到热 带风暴影响的时间为________h. 答案 15 解析 记现在热带风暴中心的位置为点 A,t 小时后热带风暴中心到达 B 点位置,在△OAB 中,OA=600,AB=20t,∠OAB=45°,根据余弦定理得 OB2=6002+400t2-2×600×20t× 2 2 , 令 OB2≤4502,即 4t2-120 2t+1 575≤0,解得30 2-15 2 ≤t≤30 2+15 2 ,所以该码头将受 到热带风暴影响的时间为30 2+15 2 -30 2-15 2 =15(h). 15.某舰艇在 A 处测得一艘遇险渔船在其北偏东 40°的方向距离 A 处 10 海里的 C 处,此时得 知,该渔船正沿南偏东 80°的方向以每小时 9 海里的速度向一小岛靠近,若舰艇的时速为 21 海里,则舰艇追上渔船的最短时间是______小时. 答案 2 3 解析 如图所示,设舰艇追上渔船的最短时间是 t 小时,经过 t 小时渔船到达 B 处,则舰 艇也在此时到达 B 处.在△ABC 中,∠ACB=40°+80°=120°,CA=10,CB=9t,AB=21t, 由余弦定理得(21t)2=102+(9t)2-2×10×9t×cos 120°,即 36t2-9t-10=0,解得 t=2 3 或 t=- 5 12(舍). 16.如图,游客从某旅游景区的景点 A 处下山至 C 处有两种路径.一种是从 A 沿直线步行到 C,另一种是先从 A 沿索道乘缆车到 B,然后从 B 沿直线步行到 C,现有甲、乙两位游客从 A 处下山,甲沿 AC 匀速步行,速度为 50 m/min.在甲出发 2 min 后,乙从 A 乘缆车到 B, 在 B 处停留 1 min 后,再匀速步行到 C.假设缆车匀速直线运动的速度为 130 m/min,山路 AC 长为 1 260 m,经测量得 cos A=12 13 ,sin B=63 65. (1)问乙出发多少 min 后,乙在缆车上与甲的距离最短? (2)为使两位游客在 C 处互相等待的时间不超过 3 min,乙步行的速度应控制在什么范围内? 解 (1)∵cos A=12 13 ,sin B=63 65 , ∴sin A= 5 13 ,cos B=-16 65 , ∴sin C=sin(A+B)=4 5 , 在△ABC 中,由正弦定理 AC sin B = AB sin C , 得 AB=1 040 m, 设乙出发 t min 后,甲、乙距离为 d, 由余弦定理得 d2=(130t)2+(100+50t)2-2×130t×(100+50t)×12 13 , 即 d2=200(37t2-70t+50)=200 37 t-35 37 2+625 37 . ∵0≤t≤1 040 130 ,即 0≤t≤8,∴当 t=35 37 时, 即乙出发35 37 min 后,乙在缆车上与甲的距离最短. (2)∵sin A= 5 13 , ∴由正弦定理,得 BC sin A = AC sin B ,即BC 5 13 =1 260 63 65 , ∴BC=500 m. 乙从 B 出发时,甲已经走了 50(2+8+1)=550(m),还需走 710 m 才能到达 C. 设乙的步行速度为 v m/min,则|500 v -710 50 |≤3, 故-3≤500 v -710 50 ≤3,解得1 250 43 ≤v≤625 14 . 故为使两位游客在 C 处互相等待的时间不超过 3 min,乙步行的速度应控制在 1 250 43 ,625 14 范 围内.
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