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一道高考试题的多维视角探析

2019-12-06张伟志

中学数学杂志(高中版) 2019年5期
关键词:正弦内角数形

张伟志

高考命题从能力立意转向素养的考查,重点不再是常规的解题技巧,而是侧重于学生的探究能力、创新能力和迁移能力.2019年全国卷Ⅰ第17题看起来很常规,入口较易,事实上却超凡脱俗、丰富多彩,有较大的探究空间和教学价值,下面我们就结合此题的探究和拓展,谈一下核心素养导向下高三复习的一点点想法和建议.

2019年高考数学试题全国卷(Ⅰ)第17题为:

△ABC的内角A,B,C对应的边分别为a,b,c.设(sinB-sinC)2=sin2A-sinBsinC.

(Ⅰ)求A;

(Ⅱ)若2a+b=2c,求sinC.

在第(Ⅰ)问中,可以考虑特殊情况,当A=B=C=π3时,题设中的恒等式显然成立,不难猜出A=π3.具体解法如下:

利用正弦定理可将(sinB-sinC)2=sin2A-sinBsinC化简为(b-c)2=a2-bc,整理可得:bc=b2+c2-a2.

由余弦定理知:cosA=b2+c2-a22bc=12,又A∈(0,π),所以A=π3.

点评 第一问入口比较简单,大部分同学都会运用正弦定理,把已知条件转化成边的关系,然后结合余弦定理得出结果,此解法较为简洁流畅.当然也可以运用三角恒等变形直接得出结论,但相比上述方法计算较为繁琐,此处不再赘述.

(Ⅱ)视角1 代数法

代数法研究图形的几何运算和性质是解三角形的本质.由于已知条件纯粹是三角形的边角关系,因此,利用三角形内角和定理及常规的三角公式,并巧妙运用转化化归的思想,使问题迎刃而解.

方法1 转化的思想

由(Ⅰ)可知sinA=32,cosA=12.

2a+b=2c等价于:22sinA+12sinB=sinC,

即22sinA+cosAsinB=sin(A+B),整理得22sinA=sinAcosB,由于sinA>0,所以cosB=22,得B=π4.所以sinC=6+24.

点评 常规的思路是转化为关于sinC的一元二次方程,计算量较大,灵活运用三角形内角和定理和特殊角的三角函数值,转化化归,先求出B=π4,大大地减少了运算量,思路非常巧妙.

方法2 构造的思想

同方法一可得:22sinA+12sinB=sinC,转化为:

22×32+12sin(C+π3)=sin[(C+π3)-π3],即22×32+12sin(C+π3)=12sin(C+π3)-32cos(C+π3),得cos(C+π3)=-22.

由0 所以sinC=6+24.

点评 构造特殊角C+π3,巧妙地绕开了关于非特殊角C的繁杂运算,使问题得以简化,收到了良好的效果.

方法3 向量的思想

由(Ⅰ)可知cosA=12.

令AB=c, BC=a,AC=b,而2 │a│=2│c│-│b│可化为:2(b-c)2=(2│c│-│b│)2,2│b││c│=2│c│2-│b│2.

将cosA=b2+c2-a22|b||c|=12,代入上式得2a2=3b2.可设|a|=3k,

|b|=2k,易得|c|=6+22k,由正弦定理得sinC=|c||a|sinA=6+24.

点评 向量是实现数与形完美结合的有效途径,是解决数学问题的一把利剑,在解三角形问题中巧妙地构造向量,往往可以达到一种 “曲径通幽”的效果.

视角2 几何法

本题的背景是几何三角形问题,自然可以采用平面几何知识进行求解.而学生往往会忽略三角形的几何本质,选择较为复杂的三角恒等变形知识来解决此题.

方法4 数形结合的思想(以形助数)

如图1,作CD⊥AB,垂足为D.

由题意:c=12b+22a,而AB=AD+DB,AD=b·cosA=12b,则DB=BC·cosB=22a,所以cosB=22,得B=π4,C=5π12,所以sinC=6+24.

点评 利用平面几何知识,构造直角三角形,数形结合,返璞归真,润物细无声地实现了初高中数学知识的衔接.

视角3 坐标法

由于利用三角恒等變形解决此问题时,牵扯的公式较多,部分学生可能出现因遗忘公式而思路受阻的现象,而坐标法可以避免这种状况的发生,学生会有一种柳暗花明又一村的感觉.

方法5 数形结合的思想(以数释形)

如图2,以C为原点,以CA所在的直线为x轴建立平面直角坐标系,令CB=1,∠BCA=θ,以点C为圆心作单位圆,作BD⊥CA,垂足为D,则B(cosθ,sinθ),BD=32c=sinθ,AD=12c,CD=cosθ,CD=AC-AD,即cosθ=b-12c.

将b=2c-2代入上式得:cosθ=32c-2.

在RT△BCD中, CD2=BC2-BD2,即cos2θ=1-32c2,可得32c-22=1-32c2,解得c=32±66,由于c=12b+22>22,所以c=32+66,所以 sinθ=32c=6+24,即 sinC=6+24.

点评 本题以C为原点建立直角坐标系,结合三角函数的定义,构造出关于c的一元二次方程,使问题得以解决,该做法很好得体现了坐标法在解决平面几何问题中的优越性.

新考纲区别于以前的主要表现在从数学思想方法、能力以及科学与人文素养三个方面提出要求,注重引导一线教师积极更新理念,削弱重知识轻能力给学生发展带来的负面影响.因此,在教学中引导学生发挥主观能动性,开创性地解决问题,尤为重要.

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