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数学
题目

已知在△ABC中,A+B=3C,2sin(A-C)=sinB.(1)求sinA;(2)设AB=5,求AB边上的高.

已知在△ABC中,A+B=3C,2sin(A-C)=sinB.
(1)求sinA;
(2)设AB=5,求AB边上的高.

题目解答

答案

解:(1)∵A+B=3C,A+B+C=π,
∴4C=π,
∴C=$\frac{π}{4}$,
∵2sin(A-C)=sinB,
∴2sin(A-C)=sin[π-(A+C)]=sin(A+C),
∴2sinAcosC-2cosAsinC=sinAcosC+cosAsinC,
∴sinAcosC=3cosAsinC,
∴$\frac{\sqrt{2}}{2}sinA=3×\frac{\sqrt{2}}{2}cosA$,
∴sinA=3cosA,即cosA=$\frac{1}{3}$sinA,
又∵sin2A+cos2A=1,∴$si{n}^{2}A+\frac{1}{9}si{n}^{2}A=1$,
解得sin2A=$\frac{9}{10}$,
又∵A∈(0,π),∴sinA>0,
∴sinA=$\frac{3\sqrt{10}}{10}$;
(2)由(1)可知sinA=$\frac{3\sqrt{10}}{10}$,cosA=$\frac{1}{3}$sinA=$\frac{\sqrt{10}}{10}$,
∴sinB=sin(A+C)=sinAcosC+cosAsinC=$\frac{3\sqrt{10}}{10}$×$\frac{\sqrt{2}}{2}$$+\frac{\sqrt{10}}{10}×\frac{\sqrt{2}}{2}$=$\frac{2\sqrt{5}}{5}$,
∴$\frac{AB}{sinC}=\frac{AC}{sinB}=\frac{BC}{sinA}$=$\frac{5}{sin\frac{π}{4}}$=5$\sqrt{2}$,
∴AC=5$\sqrt{2}$sinB=5$\sqrt{2}×\frac{2\sqrt{5}}{5}$=2$\sqrt{10}$,BC=5$\sqrt{2}×sinA$=5$\sqrt{2}×\frac{3\sqrt{10}}{10}$=3$\sqrt{5}$,
设AB边上的高为h,
则$\frac{1}{2}AB•h$=$\frac{1}{2}×AC×BC×sinC$,
∴$\frac{5}{2}h$=$\frac{1}{2}×2\sqrt{10}×3\sqrt{5}×\frac{\sqrt{2}}{2}$,
解得h=6,
即AB边上的高为6.

解析

考查要点:本题主要考查三角形内角和定理、三角恒等变换、正弦定理及三角形面积公式的应用。

解题思路:

  1. 利用角度关系求角C:通过已知条件$A+B=3C$和三角形内角和为$\pi$,直接求出角$C$的值。
  2. 三角恒等变换求$\sin A$:将条件$2\sin(A-C)=\sin B$转化为关于$A$的方程,结合$C$的值,通过三角恒等式化简,最终利用同角三角函数关系求解$\sin A$。
  3. 正弦定理求边长,面积法求高:通过正弦定理求出其他边长,利用面积相等关系建立方程求解高。

破题关键:

  • 角度关系的转化:将$B$用$\pi - A - C$表示,简化方程。
  • 三角恒等式的灵活应用:通过展开和整理方程,将问题转化为关于$\tan A$的方程。
  • 面积公式的双重应用:通过两种方式表达三角形面积,建立方程求解高。

第(1)题

求角$C$

由$A+B=3C$和$A+B+C=\pi$,得:
$4C = \pi \implies C = \frac{\pi}{4}$

化简方程$2\sin(A-C)=\sin B$

将$B = \pi - A - C$代入,得:
$2\sin(A-C) = \sin(A+C)$
展开两边:
$2\left(\sin A \cos C - \cos A \sin C\right) = \sin A \cos C + \cos A \sin C$
整理得:
$\sin A \cos C = 3 \cos A \sin C$

求$\sin A$

代入$C = \frac{\pi}{4}$,$\cos C = \sin C = \frac{\sqrt{2}}{2}$,得:
$\sin A = 3 \cos A \implies \tan A = 3$
利用$\sin^2 A + \cos^2 A = 1$,解得:
$\sin A = \frac{3\sqrt{10}}{10}$

第(2)题

求边$AC$和$BC$

由正弦定理:
$\frac{AB}{\sin C} = \frac{AC}{\sin B} = \frac{BC}{\sin A} = 5\sqrt{2}$
计算$\sin B$:
$\sin B = \sin(A+C) = \sin A \cos C + \cos A \sin C = \frac{2\sqrt{5}}{5}$
得:
$AC = 2\sqrt{10}, \quad BC = 3\sqrt{5}$

求高$h$

利用面积相等:
$\frac{1}{2} \cdot AB \cdot h = \frac{1}{2} \cdot AC \cdot BC \cdot \sin C$
代入数据解得:
$$
h = 6



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