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2025 年内蒙古预赛
边长关系约束下三角函数式的值域
F3填空题三角函数综合
在锐角三角形 ABC 中,角 A,B,C 所对的边分别为 a,b,c。若
a=c−2acosB,
则
4sinA−sinC12sin2A
的取值范围为。
作答
分数写 a/b,根号写 √ 或 sqrt,π 写 pi 也可以。
解析
思路
展开 sin(A+B) 后可锁定 B=2A, 锐角条件随即给出 A 的开区间,目标式化为单变量函数。
解答
由正弦定理,题设等价于
sinA=sinC−2sinAcosB.
又 C=π−A−B,所以
sinC=sin(A+B)=sinA(1+2cosB).
展开左端并约去正数 sinAsinB,得到
cotA=sinB1+cosB=cot2B.
由于 A 与 B/2 均在 (0,π/2) 内,故
B=2A,C=π−3A.
三角形为锐角三角形,等价于
6π<A<4π.
由 sinC=sinA(1+2cos2A),目标式化为
3−2cos2A12sinA=1+4sin2A12sinA.
令 t=2sinA,则 1<t<2,且目标式为
1+t26t.
它在 t>1 时严格递减,因此其取值范围为
(22,3).
复核
当 A 分别趋近 π/6、π/4 时,目标式分别趋近 3、22; 两端对应 C=π/2 或 B=π/2,都不属于锐角三角形,故端点均不取到。
方法总结
含边与角的约束先用正弦定理统一为角。若出现 1+cosB 与 sinB, 半角恒等式常能直接确定角的倍数关系;值域端点还要由三角形的锐角或退化条件判断是否可取。
为什么评为 F3(会透露解法方向)
须从边角约束推出B=2A,并由三个角均锐确定A的开区间,随后换元求分式值域。
用到的方法(会透露解法方向)
核心工具:用导数或作差看单调性、正弦定理与余弦定理
专题卡:边和角混在一起:用正弦、余弦定理统一成一种、三角函数化成一个变量:求导看增减,再比较端点