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2026 年甘肃预赛
三角恒等式与边差范围
F3解答题三角函数综合
若 △ABC 的内角 A,B,C 的对边分别为 a,b,c,△ABC 的面积为 S,a=2,且
bccosA(cosB−sinC)=2S(cosC+sinB).
- (1)
- (2)
作答
这是解答题,请在纸上写出完整过程。写完后对照解答给自己评分。
解析
提示
利用 2S=bcsinA 消去面积和边长后,题设等式可以按和角公式重新组合。
思路
这一步先确定 B,C 的线性关系,再用正弦定理处理 b−c,比直接使用余弦定理简洁。
解答
因为 b,c>0 且 2S=bcsinA,原等式等价于
cosA(cosB−sinC)=sinA(cosC+sinB).
移项并使用和角公式,得到
cosAcosB−sinAsinB=cosAsinC+sinAcosC,
即
cos(A+B)=sin(A+C).
由 A+B=π−C、A+C=π−B,上式化为
−cosC=sinB.(1)
由于 sinB>0,必有 π/2<C<π。令 θ=C−π/2∈(0,π/2),则式 (1) 为 sinB=sinθ。 若 B=π−θ,则 B+C=3π/2>π,不可能;故
B=C−2π,C=B+2π.
进而
A=π−B−C=2π−2B,
所以 0<B<π/4。
(1) 当 B=π/6 时,
C=32π,A=π−6π−32π=6π.
(2) 由正弦定理和 a=2,
b=sinA2sinB,c=sinA2sinC.
又 sinA=cos2B、sinC=cosB,所以
b−c=cos2B2(sinB−cosB)=−sinB+cosB2.
当 0<B<π/4 时,
1<sinB+cosB<2.
因此
−2<b−c<−2.
复核
对任意 B∈(0,π/4),取 A=π/2−2B, C=π/2+B,三个角均为正且和为 π; 再按 a=2 用正弦定理确定边长,原等式随式 (1) 成立。因此第二问所得开区间中的值 均能达到,而两个端点分别对应退化极限 B→0+ 与 B→(π/4)−,不能取得。
方法总结
含面积的三角恒等式先用 2S=bcsinA 消元,再寻找和角公式。 确定角之间的线性关系后,用正弦定理把边长差化成单个角的函数,并结合三角形非退化条件 判断端点是否可取。
为什么评为 F3(会透露解法方向)
要先把复杂条件压成−cosC=sinB并用三角形内角范围排除另一支,再消去边长将b−c化为单角函数。
用到的方法(会透露解法方向)
核心工具:正弦定理与余弦定理
专题卡:三角形里的三角等式:消去一角,写成乘积再分情况、边和角混在一起:用正弦、余弦定理统一成一种