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与三角形面积有关的最值问题的求解策略

2018-02-09代润达

传播力研究 2018年3期
关键词:余弦定理正弦最值

文/代润达

解三角形相关知识点是高考考查的重要内容,也是高考命题的热点部分,而且这部分内容往往易于和其他知识相结合,特别是三角函数、平面几何、解析几何、平面向量相结合,尤其是解三角形中的与面积有关最值问题和范围问题,结合正弦定理、余弦定理,常常利用三角函数的有界限性、基本不等式、函数求值域来求得最值,在高考各种题型中均有出现,如选择题、填空题、解答题,其试题难度属于中高档题,下面通过具体实例加以说明。

一、与三角函数相结合求最值

解三角形的面积问题,常常给出一些边和角的量,这就需要根据正、余弦定理结合已知条件灵活转化边和角之间的关系,从而达到解决问题的目的.其基本步骤是:第一步:定条件,即确定三角形中的已知和所求,在图形中标出来,然后确定转化的方向;第二步:定工具,即根据条件和所求合理选择转化的工具,实施边角之间的互化;第三步:求结果,解题的关键是利用三角函数的有界性进而得解。

典例1.如图,在ΔABC中,角A, B, C的对边分别为a,b,c, a=b(sinC+cosC).

(1)求角B的大小;

试题分析:(1)先根据正弦定理将条件转化为角的关系sinA=sinB(sinC+cosC),再利用三角形内角关系、诱导公式及两角和正弦公式化简得cosBsinC=sinBsinC,即得,由余弦定理得,将数据代入可得利用配角公式得,最后根据三角形有界性可得四边形ABCD的面积最大值。

【评注】在解三角形中求最值范围问题往往需要转化为角的问题,利用辅助角公式,结合角的范围,利用三角函数的有界性求得最后结果。在边角互化中,注意化简和诱导公式的运用。

典例2. 源:学科在ΔABC中,三边a,b,c所对应的角分别是A, B, C,已知a,b,c成等比数列.

(2)若ΔABC外接圆的面积为4π,求ΔABC面积的取值范围.

(2)∵ΔABC外接圆的面积为4π,∴ΔABC的外接圆的半径R=2,

由余弦定理b2=a2c22accosB,得,又b2=ac,

由正弦定理,得b=4sinB.

【方法点睛】本题主要考查正弦定理及余弦定理的应用以及三角形面积公式.在解与三角形有关的问题时,正弦定理、余弦定理是两个主要依据. 除了直接利用两定理求边和角以外,恒等变形过程中,当条件中同时出现ab及b2、a2时,往往用余弦定理,而题设中如果边和正弦、余弦函数交叉出现时,往往运用正弦定理将边化为正弦函数再结合和、差、倍角的正余弦公式进行解答.

二、与基本不等式相结合求最值

有关解斜三角形面积问题,除了上面例题中利用正弦定理和余弦定理进行边化角,将求范围或最值问题,利用三角函数式恒等变形转化为某个角的三角函数式,根据角的范围研究函数值的范围,还有另一种方法是角化边,利用基本不等式求范围或最值。

典例3.在ΔABC中,已知a,b,c分别是角A, B, C的对边,且a=2。

试题分析:(1)由题意结合正弦定理可得ΔABC是等腰直角三角形,则;

(2)结合余弦定理得到面积的表达式,然后利用均值不等式的结论可得ΔABC的面积的最大值是1.

所以ΔABC的面积的最大值为。

【评注】:第一步利用正弦定理进行“边转角”化为三角函数关系,借助两角和公式进行恒等变形,求出角的余弦值,进而求出角;第二步利用余弦定理,转化为E与E的关系,然后利用基本不等式“等转不等”,求出E的范围,进而求出面积的范围。

三、利用二次函数求最值

在三角形的边角关系中,如果将三角形的面积转化为含有一个变量的函数关系,可借助函数求值域的方法求最值。

(2)记ΔABD与ΔBCD的面积分别是S1与S2,求的最大值

试题分析:)在ΔABD,ΔBCD中,分别用余弦定理,列出等式,得出的值;(2)分别求出S1,S2的表达式,利用)的结果,得到是关于C的二次函数,利用三角形两边之和大于第三边,两边之差小于第三边,求出BD的范围,由BD的范围求出C的范围,再求出的最大值。

解法二:

【评注】有关解斜三角形问题,常用正弦定理、余弦定理、面积公式等,多用正弦定理和余弦定理进行“边角转化”,求范围或最值问题常用方法有两种,第一边化角,利用三角函数式恒等变形转化为某个角的三角函数式,根据角的范围研究函数值的范围,另一种方法是化边,利用基本不等式或函数求值域方法求范围或最值。

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