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文档介绍
【数学】2020届一轮复习苏教版第四章第7讲解三角形应用举例学案
第 7 讲 解三角形应用举例 考试要求 1.运用正弦定理、余弦定理解决简单的三角形度量问题(B 级要求); 2.运用定理等知识解决一些与测量和几何计算有关的实际问题(B 级要求). 知 识 梳 理 实际问题中的常用角 (1)仰角和俯角 在同一铅垂平面内的水平视线和目标视线的夹角,目标视线在水平视线上方叫仰 角,目标视线在水平视线下方叫俯角(如图 1). (2)方位角 从正北方向起按顺时针转到目标方向线之间的水平夹角叫做方位角.如 B 点的方 位角为 α(如图 2). (3)方向角:正北或正南方向线与目标方向线所成的锐角,如南偏东 30°,北偏西 45° 等. (4)坡度:坡面与水平面所成的二面角的正切值. 诊 断 自 测 1.思考辨析(在括号内打“√”或“×”) (1)在△ABC 中,若 sin Asin B<cos Acos B,则此三角形是钝角三角形.( ) (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.( ) 解析 (2)俯角是视线与水平线所构成的角. 答案 (1)√ (2)× (3)√ 2.(教材改编)为了在一条河上建一座桥,施工前在河两岸打上两个桥位桩 A,B(如 图),要测算两点的距离,测量人员在岸边定出基线 BC,测得 BC=50 m,∠ABC =105°,∠BCA=45°,就可以计算出 A,B 两点的距离为________m. 解 析 在 △ABC 中 , 由 正 弦 定 理 得 BC sin 30° = AB sin 45° , 所 以 AB =BCsin 45° sin 30° = 50 × 2 2 1 2 =50 2(m). 答案 50 2 3.两座灯塔 A 和 B 与海洋观察站 C 的距离都是 5 n mile,灯塔 A 在观察站 C 的北 偏东 20°,灯塔 B 在观察站 C 的南偏东 40°,则灯塔 A 与灯塔 B 的距离为________ n mile. 解析 由题意知 AC=BC=5,则∠ACB=180°-20°-40°=120°,则由余弦定理 得 AB= AC2+BC2-2AC·BCcos 120°= 25+25+2 × 5 × 5 × 1 2 = 75=5 3. 答案 5 3 4.(2018·苏北四市联考)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________海里. 解析 如图所示,易知,在△ABC 中,AB=20 海里,∠CAB=30°,∠ACB= 45°,根据正弦定理得 BC sin 30° = AB sin 45° ,解得 BC=10 2(海里). 答案 10 2 5.如图,一辆汽车在一条水平的公路上向正西行驶,到 A 处时测得公路北侧一山 顶 D 在西偏北 30°的方向上,行驶 600 m 后到达 B 处,测得此山顶在西偏北 75° 的方向上,仰角为 30°,则此山的高度 CD=________ m. 解析 依题意,∠BAC=30°,∠ABC=105°,在△ABC 中,由∠ABC+∠BAC+ ∠ACB=180°,所以∠ACB=45°,因为 AB=600,由正弦定理可得 600 sin 45° = BC sin 30° ,即 BC=300 2 m, 在 Rt△BCD 中,因为∠CBD=30°,BC=300 2,所以 tan 30°=CD BC = CD 300 2 ,所以 CD=100 6 m. 答案 100 6 考点一 测量距离、高度问题 【例 1】 如图,有一段河流,河的一侧是以 O 为圆心,半径为 10 3 m 的扇形区 域 OCD,河的另一侧是一段笔直的河岸 l,岸边有一烟囱 AB(不计 B 离河岸的距 离),且 OB 的连线恰好与河岸 l 垂直,设 OB 与圆弧的交点为 E.经测量,扇形区 域和河岸处于同一水平面,在点 C,点 O 和点 E 处测得烟囱 AB 的仰角分别为 45°, 30°和 60°. (1)求烟囱 AB 的高度; (2)如果要在 CE 间修一条直线,求 CE 的长. 解 (1)设 AB 的高度为 h.在△CAB 中, 因为∠ACB=45°,所以 CB=h. 在△OAB 中,因为∠AOB=30°,∠AEB=60°, 所以 OB= 3h,EB= 3 3 h. 由题意得 3h- 3h 3 =10 3,解得 h=15. 故烟囱 AB 的高度为 15 m. (2)在△OBC 中,cos∠COB=CO2+OB2-BC2 2OC·OB =300+225 × 3-225 2 × 10 3 × 15 3 =5 6. 所以在△OCE 中, CE2=OC2+OE2-2OC·OE·cos∠COE=300+300-600× 5 6 =100. 故 CE 的长为 10 m. 规律方法 测量距离、高度问题应注意 (1)理解俯角、仰角的概念,它们都是视线与水平线的夹角;理解方向角的概念. (2)选定或确定要创建的三角形,要首先确定所求量所在的三角形,若其他量已知 则直接解;若有未知量,则把未知量放在另一确定三角形中求解. (3)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. 【训练 1】 (1)一船以每小时 15 km 的速度向东航行,船在 A 处看到一个灯塔 B 在北偏东 60°,行驶 4 h 后,船到达 C 处,看到这个灯塔在北偏东 15°,这时船与 灯塔的距离为________ km. (2)如图所示,为测一树的高度,在地面上选 A,B 两点,从 A,B 两点分别测得 树尖的仰角为 30°,45°,且 A,B 两点间的距离为 60 m,则树的高度为________ m. 解析 (1)如图,由题意,∠BAC=30°,∠ACB=105°, ∴B=45°,AC=60 km, 由正弦定理 BC sin 30° = AC sin 45° , ∴BC=30 2 km. (2)在△PAB 中,∠PAB=30°,∠APB=15°,AB=60, sin 15°=sin(45°-30°)=sin 45°cos 30°-cos 45°sin 30°= 2 2 × 3 2 - 2 2 ×1 2 = 6- 2 4 , 由正弦定理得 PB sin 30° = AB sin 15° , ∴PB= 1 2 × 60 6- 2 4 =30( 6+ 2), ∴树的高度为 PB·sin 45°=30( 6+ 2)× 2 2 =(30+30 3)(m). 答案 (1)30 2 (2)30+30 3 考点二 测量角度问题 【例 2】 在海岸 A 处发现北偏东 45°方向距离 A 为( 3-1) n mile 的 B 处有一艘 走私船,在 A 处北偏西 75°的方向距离 A 为 2 n mile 的 C 处的缉私船奉命以 10 3 n mile/h 的速度追截走私船.此时,走私船正以 10n mile/h 的速度从 B 处向北偏东 30°方向逃窜,问缉私船沿什么方向能最快追上走私船? 解 如图所示,注意到最快追上走私船且两船所用时间相等,若在 D 处相遇,则 可先在△ABC 中求出 BC,再在△BCD 中求∠BCD. 设缉私船用 t h 在 D 处追上走私船,则有 CD=10 3t,BD=10t. 在△ABC 中,∵AB= 3-1,AC=2,∠BAC=120°, ∴由余弦定理得 BC2=AB2+AC2-2AB·AC·cos∠BAC=( 3-1)2+22-2·( 3- 1)·2·cos 120°=6,∴BC= 6. ∵cos∠CBA=BC2+AB2-AC2 2BC·AB =6+( 3-1)2-4 2 6·( 3-1) = 2 2 , ∴∠CBA=45°,即 B 在 C 正东. ∵∠CBD=90°+30°=120°, 在△BCD 中,由正弦定理得 sin∠BCD=BD·sin∠CBD CD =10tsin 120° 10 3t =1 2 , ∴∠BCD=30°. 即缉私船沿北偏东 60°方向能最快追上走私船. 规律方法 解决测量角度问题的注意事项 (1)首先应明确方位角或方向角的含义; (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. 【训练 2】 甲船在 A 处,乙船在 A 处的南偏东 45°方向,距 A 有 9 海里的 B 处, 并以 20 海里每小时的速度沿南偏西 15°方向行驶,若甲船沿南偏东 θ 的方向,并 以 28 海里每小时的速度行驶,恰能在 C 处追上乙船.问用多少小时追上乙船,并 求 sin θ 的值(结果保留根号,无需求近似值). 解 设用 t 小时,甲船追上乙船,且在 C 处相遇,那么在△ABC 中,AC=28t,BC =20t,AB=9,∠ABC=180°-15°-45°=120°, 由余弦定理,得 (28t)2=81+(20t)2-2×9×20t×(-1 2), 128t2-60t-27=0, 解得 t=3 4 或 t=- 9 32(舍去), 所以 AC=21(海里),BC=15(海里), 根据正弦定理,得 sin∠BAC=BCsin∠ABC AC =5 3 14 , cos∠BAC= 1- 75 142 =11 14. 又∠ABC=120°,∠BAC 为锐角, 所以 θ=45°-∠BAC, sin θ=sin(45°-∠BAC) =sin 45°cos∠BAC-cos 45°sin∠BAC =11 2-5 6 28 . ∴经过3 4 小时追上乙船,且 sin θ 的值为11 2-5 6 28 . 考点三 函数思想在解三角形中的应用 角度 1 距离的最值 【例 3-1】 (2019·镇江模拟)如图,某公园有三条观光大道 AB,BC,AC 围 成直角三角形,其中直角边 BC=200 m,斜边 AB=400 m.现有甲、乙、丙三位小 朋友分别在 AB,BC,AC 大道上嬉戏,所在位置分别记为点 D,E,F. (1)若甲、乙都以每分钟 100 m 的速度从点 B 出发在各自的大道上奔走,到大道的 另一端时即停,乙比甲迟 2 分钟出发,当乙出发 1 分钟后,求此时甲、乙两人之 间的距离; (2)设∠CEF=θ,乙、丙之间的距离是甲、乙之间距离的 2 倍,且∠DEF=π 3 ,请 将甲、乙之间的距离 y 表示为 θ 的函数,并求甲、乙之间的最小距离 . 解 (1)依题意得 BD=300,BE=100, 在△ABC 中,cos B=BC AB =1 2 ,∴B=π 3 , 在△BDE 中,由余弦定理得: DE2=BD2+BE2-2BD·BE·cos B=300 2+1002-2·300·100· 1 2 =70 000, ∴DE=100 7. 所以甲、乙两人之间的距离为 100 7 m. (2)由题意得 EF=2DE=2y,∠BDE=∠CEF=θ, 在直角三角形 CEF 中,CE=EF·cos∠CEF=2ycos θ, 在△BDE 中,由正弦定理得 BE sin∠BDE = DE sin∠DBE ,即200-2ycos θ sin θ = y sin 60° , ∴y= 100 3 3cos θ+sin θ = 50 3 sin(θ+π 3) ,0<θ<π 2 , 所以当 θ=π 6 时,y 有最小值 50 3. 所以甲、乙之间的最小距离为 50 3 m. 角度 2 面积的最值 【例 3-2】 (2019·苏州一模)某单位设计一个展览沙盘,现欲在沙盘平面内布设 一条对角线在 l 上的四边形电气线路,如图所示,为充分利用现有材料, 边 BC,CD 用一根 5 米长的材料弯折而成,边 BA,AD 用一根 9 米长的材料弯折 而成,要求 A 和 C 互补,且 AB=BC. (1)设 AB=x 米,cos A=f(x),求 f(x)的解析式,并指出 x 的取值范围; (2)求四边形 ABCD 面积的最大值. 解 (1)在△ABD 中,BD2=AB2+AD2-2AB·AD·cos A. 在△CBD 中,BD2=CB2+CD2-2CB·CD·cos C. 因为 A 和 C 互补,所以 AB2+AD2-2AB·AD·cos A=CB 2+CD2-2CB·CD·cos C= CB2+CD2+2CB·CD·cos A, 即 x2+(9-x)2-2x(9-x)cos A=x2+(5-x)2+2x(5-x)cos A. 解得 cos A=2 x ,即 f(x)=2 x ,其中 x∈(2,5). (2)四边形 ABCD 的面积 S=1 2(AB·AD+CB·CD)sin A =1 2[x(9-x)+x(5-x)] 1-cos2A =x(7-x) 1-(2 x )2 = (x2-4)(7-x)2 = (x2-4)(x2-14x+49). 记 g(x)=(x2-4)(x2-14x+49),x∈(2,5). 由 g′(x)=2x(x2-14x+49)+(x2-4)(2x-14) =2(x-7)(2x2-7x-4)=0, 解得 x=4(x=7和x=-1 2 舍去). 函数 g(x)在区间(2,4)内单调递增,在区间(4,5)内单调递减, 因此 g(x)的最大值为 g(4)=12×9=108. 所以 S 的最大值为 108=6 3. 所以四边形 ABCD 面积的最大值为 6 3 m2. 角度 3 时间的最值 【例 3-3】 (2019·苏州高三调研)如图,B,C 分别是海岸线上的两个城市,两城 市间由笔直的海滨公路相连,B,C 之间的距离为 100 km,海岛 A 在城市 B 的正 东 方 50 km 处 . 从 海 岛 A 到 城 市 C , 先 乘 船 按 北 偏 西 θ 角 (α < θ ≤ π 2 ,其中锐角α的正切值为1 2)航行到海滨公路 P 处登陆,再换乘汽车到城 市 C.已知船速为 25 km/h,车速为 75 km/h. (1)试建立由 A 经 P 到 C 所用时间与 θ 的函数解析式; (2)试确定登陆点 P 的位置,使所用时间最少,并说明理由. 解 (1)由题意,轮船航行的方向角为 θ. 所以∠BAP=90°-θ,AB=50, 则 AP= 50 cos(90°-θ)= 50 sin θ , BP=50tan(90°-θ)=50sin(90°-θ) cos(90°-θ) =50cos θ sin θ , PC=BC-BP=100-50cos θ sin θ . 由 A 到 P 所用的时间为 t1=AP 25 = 2 sin θ , 由 P 到 C 所用的时间为 t2= 100-50cos θ sin θ 75 =4 3 -2cos θ 3sin θ. 所以由 A 经 P 到 C 所用时间与 θ 的函数解析式为 f(θ)=t1+t2= 2 sin θ +4 3 -2cos θ 3sin θ =6-2cos θ 3sin θ +4 3 函数 f(θ)的定义域为(α,π 2],其中锐角 α 的正切值为1 2. (2)由(1)知 f(θ)=6-2cos θ 3sin θ +4 3 ,θ∈(α,π 2], 则 f′(θ)=2(1-3cos θ) 3sin2θ , 令 f′(θ)=0,解得 cos θ=1 3 , 由 θ∈(α,π 2),得 sin θ=2 2 3 . 设 θ0∈(α,π 2),使 cos θ0=1 3 ,则 θ (α,θ0) θ0 (θ0,π 2) f′(θ) - 0 + f(θ) 减函数 极小值 增函数 所以当 θ=θ0 时函数 f(θ)取得最小值,此时 BP=50cos θ0 sin θ0 =25 2 2 ≈17.68(km). 所以在 BC 上选择距离 B 为 17.68 km 处为登陆点,所用时间最少. 规律方法 解三角形应用问题的步骤与注意点: (1)阅读理解题意,弄清问题的实际背景,明确已知与未知,理清量与量之间的关 系; (2)根据题意画出示意图,将实际问题抽象成解三角形问题的模型; (3)根据题意选择正弦定理或余弦定理求解; (4)将三角形问题还原为实际问题,注意实际问题中的有关单位问题、近似计算的 要求等; (5)对于三角形应用问题中的最值问题.可建立函数模型,转化为函数的最值问题解 决. 【训练 3】 如图,半圆 O 的直径为 2,A 为直径延长线上的一点,OA=2,B 为 半圆上任意一点,以 AB 为一边作等边三角形 ABC.问:点 B 在什么位置时,四边 形 OACB 面积最大? 解 设 ∠AOB = α , 在 △AOB 中 , 由 余 弦 定 理 得 AB2 = OA2 + OB2 - 2×OA×OBcos∠AOB=12+22-2×1×2×cos α=5-4cos α, 于是,四边形 OACB 的面积为 S=S△AOB+S△ABC=1 2OA·OBsin α+ 3 4 AB2 =1 2 ×2×1×sin α+ 3 4 (5-4cos α) =sin α- 3cos α+5 3 4 =2sin(α-π 3)+5 3 4 . 因为 0<α<π,所以当 α-π 3 =π 2 ,α=5π 6 , 即∠AOB=5π 6 时,四边形 OACB 面积最大. 一、必做题 1.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________km. 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. 答案 10 7 2.如图,两座灯塔 A 和 B 与海岸观察站 C 的距离相等,灯塔 A 在观察站南偏西 40°, 灯塔 B 在观察站南偏东 60°,则灯塔 A 在灯塔 B 的南偏西________. 解析 由条件及图可知 A=∠CBA=40°, 又∠BCD=60°,所以∠CBD=30°,所以∠DBA=10°, 因此灯塔 A 在灯塔 B 的南偏西 80°. 答案 80° 3.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________. 解析 依题意可得 AD=20 10(m),AC=30 5(m), 又 CD=50(m),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°. 答案 45° 4.张晓华同学骑电动自行车以 24 km/h 的速度沿着正北方向的公路行驶,在点 A 处望见电视塔 S 在电动车的北偏东 30°方向上,15 min 后到点 B 处望见电视塔在 电动车的北偏东 75°方向上,则电动车在点 B 时与电视塔 S 的距离是________ km. 解析 画出示意图如图,由条件知 AB=24×15 60 =6 (km).在△ABS 中,∠BAS=30°, AB=6(km),∠ABS=180°-75°=105°,所以∠ASB=45°.由正弦定理知 BS sin 30° = AB sin 45° ,所以 BS=ABsin 30° sin 45° =3 2(km). 答案 3 2 5.如图,为测得河岸上塔 AB 的高,先在河岸上选一点 C,使 C 在塔底 B 的正东 方向上,测得点 A 的仰角为 60°,再由点 C 沿北偏东 15°方向走 10 m 到位置 D, 测得∠BDC=45°,则塔 AB 的高是________ m. 解析 在△BCD 中,CD=10,∠BDC=45°,∠BCD=15°+90°=105°,∠DBC= 30°, BC sin 45° = CD sin 30° ,BC=CDsin 45° sin 30° =10 2.在 Rt△ABC 中,tan 60°=AB BC ,AB= BCtan 60°=10 6. 答案 10 6 6.如图,为了测量河对岸 A,B 两点间的距离,某课外小组的同学在岸边选取 C, D 两点,测得 CD=200 m,∠ADC=105°,∠BDC=15°,∠BCD=120°,∠ACD =30°,则 A,B 两点间的距离是________. 解析 在△ACD 中,由正弦定理有 CD sin 45° = AC sin 105° ,解得 AC=100( 3+1) m.在 △BCD 中,由正弦定理解得 BC=100( 3-1)(m),∠BCA=∠BCD-∠ACD= 90°,所以在 Rt△ACB 中,AB=200 2 (m). 答案 200 2 m 7.如图,在海中一孤岛 D 的周围有 2 个观察站 A,C,已知观察站 A 在岛 D 的正 北 5 n mile 处,观察站 C 在岛 D 的正西方.现在海面上有一船 B,在 A 点测得其在 南偏西 60°方向 4 n mile 处,在 C 点测得其在北偏西 30°方向上,则两观测点 A 与 C 的距离为________ n mile. 解析 如图,延长 AB 与 DC 交于 E 由题意可得∠E=30°,∠ABC=90°.在 Rt△ADE 中, AE= AD sin 30° =10(n mile),所以 EB=AE-AB=6(n mile). 在 Rt△EBC 中,BC=BE·tan 30°=2 3(n mile), 在 Rt△ABC 中,AC= AB2+BC2=2 7(n mile). 答案 2 7 8.如图,CD 是京九铁路线上的一条穿山隧道,开凿前,在 CD 所在水平面上的山 体外取点 A,B,并测得四边形 ABCD 中,∠ABC=π 3 ,∠BAD=2 3π,AB=BC=400 米,AD=250 米,则应开凿的隧道 CD 的长为________米. 解析 在△ABC 中,AB=BC=400 米,∠ABC=π 3 , ∴AC=AB=400 米,∠BAC=π 3. ∴∠CAD=∠BAD-∠BAC=2π 3 -π 3 =π 3. ∴在△CAD 中,由余弦定理得 CD2=AC2+AD2-2AC·AD·cos∠CAD =4002+2502-2·400·250·cos π 3 =122 500. ∴CD=350 米. 答案 350 9.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________. 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⇒BC=20 7. 由正弦定理得 AB sin∠ACB = BC sin∠BAC ⇒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 . 答案 21 14 10.(2019·南京学情调研)如图,某水域的两直线型岸边 l1,l2 成定角 120°,在该水 域中位于该角角平分线上且与顶点 A 相距 1 公里的 D 处有一固定桩.现某渔民准 备经过该固定桩安装一直线型隔离网 BC(B,C 分别在 l1 和 l2 上),围出三角形 ABC 养殖区,且 AB 和 AC 都不超过 5 公里.设 AB=x 公里,AC=y 公里. (1)将 y 表示成 x 的函数,并求其定义域; (2)该渔民至少可以围出多少平方公里的养殖区? 解 (1)由 S△ABD+S△ACD=S△ABC 得 1 2xsin 60°+1 2ysin 60°=1 2xysin 120°, 所以 x+y=xy,所以 y= x x-1 , 又 0查看更多