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正弦定理的证法探讨

2019-04-03李哲林

读天下 2019年10期

摘要:三角形是最简单的平面图形,我们从小学就开始研究它。至此,似乎我们可以骄傲地认为:我们已经深刻地认识了这个小小的图形。这种自大是很危险的!在这个简单的图形中还埋藏着无尽的宝藏,等待着我们前去发掘。让我们一起踏上惊险、刺激的寻宝之旅。

关键词:几何法;向量法;坐标系法;外接圆法

探讨一(几何法):

1. 在Rt△ABC中,如图1,C为直角,A、B、C的对边分别为a,b,c。由锐角三角函数的定义,有sinA=ac,sinB=bc,因为两式中的c是相同的,

于是发现asinA=bsinB=c。因为C=90°,所以sinC=1。

上式可拓展为asinA=bsinB=csinC。

这就是我们要寻找的宝藏吗?它仅仅属于直角三角形,还是所有的三角形都有这一特点?可见探险之旅刚刚开始。

2. 在锐角△ABC中,

我们可以添加三角形的高,化归为直角三角形。如图2,CD是AB边上的高。在Rt△BCD中,CDa=sinB,有CD=asinB,在Rt△ACD中,有CD=bsinA,于是asinB=bsinA,

写成比例式asinA=bsinB。同理,添加BC边上的高,可得bsinB=csinC。

所以锐角三角形中,总有asinA=bsinB=csinC。

探讨二(向量法):

△ABC是锐角三角形,如图3,过A作AD⊥AC,得到向量AD。

由于AB=AC+CB,

于是AD·AB=AD·(AC+CB)=AD·AC+AD·CB,

因此|AD|·|AB|cos(90°-A)=|AD|·|AC|cos90°+|AD|·|BC|cos(90°-C),

所以有csinA=asinC,得asinA=csinC。

同理,可得asinA=bsinB,于是有asinA=bsinB=csinC。

探討三(坐标法):

建立直角坐标系,借助三角函数定义进行证明。在如图4所示的直角坐标系中,点B,C的坐标分别为B(ccosA,csinA),C(b,0)。

于是S△ABC=12bcsinA。

同理,S△ABC=12absinC=12acsinB,

从而可证明asinA=bsinB=csinC。

探讨四(外接圆法):

通过△ABC的外接圆,将问题转化为直角三角形进行证明。

1. 若△ABC是锐角三角形,如图5甲,作直径BD与弦CD,则∠BCD=90°,可得a=2RsinD=2RsinA,于是asinA=2R,

同理有bsinB=2R,csinC=2R,

可得结论:asinA=bsinB=csinC=2R。

2. 若△ABC是钝角三角形,如图5乙,作直径BD与弦CD,则∠BCD=90°,同样可得:a=2RsinD=2Rsin(180°-A)=2RsinA,

同理有b=2RsinB,c=2RsinC,

于是asinA=bsinB=csinC=2R。(R为△ABC外接圆半径)

证明正弦定理时,无论使用何种方法,当三角形是直角三角形时,其关系都是显而易见的,只需找到锐角三角形和钝角三角形时的证明办法即可。

“近测高塔远看山,量天度海只等闲。古有九章勾股法,今看三角正余弦。”

作者简介:

李哲林,浙江省宁波市,浙江省宁波市五乡中学。