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Mathematics

数 学

第四册 ( 必修 )

湖 南 教 育 出 版 社

普通高中课程标准实验教科书

湖南教育出版社 贝壳网

(3)

第四册 !必修"

责任编辑# 邹楚林

湖南教育出版社出版 !长沙市韶山北路""#"

电子邮箱# $%&'()*+*,%-.(/0

客服电话# 12#3 456"57828

湖 南 出 版 中 心 重 印 广西区新华书店经销 湖南天闻新华印务有限公司印刷

581 93:"1!37!印张# 2;26!字数# 351 111 :1165月第3!:1382月第#版第33次印刷

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定价# 2;16

著作权所有! 请勿擅用本书制作各类出版物! 违者必究"

如有质量问题!影响阅读! 请与湖南出版中心联系调换"

联系电话# 12#3 455#55857!12#3 455#55852

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章 解三角形

问题探索 神奇的三角形 / 8.1 正弦定理 /

习题 1 / 8.2 余弦定理 /

习题 2 /

8.3 解三角形的应用举例 /

习题 /

实习作业 如何测量建筑物的高 / 阅读与思考 面积与三角公式 / 小结与复习 /

复习题八 /

问题探索 从兔子问题引出的斐波纳奇数列 / 9.1 数列的概念 /

习题 1 / 9.2 等差数列 /

习题 2 / 9.3 等比数列 /

习题 3 /

数学实验 乐音的频率比 /

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9.4 分期付款问题中的有关计算 / 习题 4 /

实习作业 教育储蓄的收益与比较 / 小结与复习 /

复习题九 /

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不等式

问题探索 光的折射 / 10.1 不等式的基本性质 /

习题 1 /

10.2 一元二次不等式 / 习题 2 /

10.3 基本不等式及其应用 / 习题 3 /

10.4 简单线性规划 / 习题 4 /

阅读与思考 一门应用数学学科 运筹学简介 / 小结与复习 /

复习题十 /

[多知道一点] 个正数的算术平均数与几何平均数 /

附 录 数学词汇中英文对照表 /

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解三角形

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 ! 边角角边细推算 ! ! 周长面积巧周旋 ! 前贤思想多奥妙 ! ! 佳品醇香越千年 !

三 条 边 和 三 个 内 角 是 三 角 形 最 基 本 的 六 个 元 素 由这六个元素 中 的 三 个 元 素 其 中 至 少 要 有 一条边 去 定 量 地 求 出 三 角 形 的 其 余 的 边 和 角 的 过程叫作解 三 角 形 本 章 学 习 解 三 角 形 及 其 在 各 种测绘问题中的应用

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 边角角边细推算 周长面积巧周旋 前贤思想多奥妙 佳品醇香越千年

三 条 边 和 三 个 内 角 是 三 角 形 最 基 本 的 六 个 元 素 ! 由这六个元素 中 的 三 个 元 素 " 其 中 至 少 要 有 一条边 # 去 定 量 地 求 出 三 角 形 的 其 余 的 边 和 角 的 过程叫作解 三 角 形 ! 本 章 学 习 解 三 角 形 及 其 在 各 种测绘问题中的应用 !

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!!!问题探索

神奇的三角形

我们大家从儿童时代起就熟悉了三角形!知道它有三个角!三 条边""但是#

你可能没有听说过!神秘的百慕大三角!在那里轮船和飞机常 常消失得无踪无影$

你可能没有想过!人的两只眼睛去观察一个物体!也能产生一 个三角形!

你可能没有看过!在描绘一个实际上不可能存在的物体时!平 面上画出的 图 形 有 欺 骗 性!如 图!%"!&#'的 物 体 是 很 容 易 实 际 构作的!而图&$'则是彭罗斯提出的 一 个 不 可 实 现 的 对 象%%%彭 罗 斯三角形!

!!"

你可能没有试过!在水洼的帮助下测量树的高度!有一对父子 一起经过一个庭园!看见在庭园中间生长着一棵大树!并且在庭园 里有许多不大的积了水的水洼!儿子问父亲# (这棵树的高度是多 少)*父亲回答#(我们不要猜!可以设法计算它的高度!我知道自 己身高是"!%&'!眼睛位置的高度等于"(%&'!我 的 步 伐 长 等 于

)%&'!现在我 这 样 站 着!使 得 我 能 见 到 树 顶 在 该 水 洼 中 的 影 子! 从我到影子有*!从影子到树有*%!*你能根据故事所描述的 情形 &如图!%+'!算出树的高度吗)

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你可能没有做过!在不过河的情况下!利用测角仪"皮尺!确 定这 河 岸 一 侧!!" 两 点 距 河 对 岸 电 视 塔 点# 处 的 距 离 #

!$#%$!!!

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又如!在有建筑物 阻 挡 的 情 况 下!如 何 测 量 该 建 筑 物 两 侧!!

"两点间的距离 #如图!$$%$

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你可能也没有做过!在一块三角形形状的地区打$口井$现在 要把这个地区分成四个小区!使这些小区形状相同"面积相等!并 且在每一个小区里都有一口井$怎样划分&

以上种种都与三角形有关$

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!!

! "# ! 正弦定理

现实生活中涉及的测绘问题有很多!如测量河宽"山高等!往往 由于地形条件的制约!有一些数据不易直接测量!这时就需要我们利 用 一 些 易 测 量 的 数 据!然 后 通 过 计 算 求 得 不 易 被 直 接 测 量 的 数据!!!!

问题探索中提出一个实际问题 #如图!$"%!在河岸一侧有"!#

两点!需要确定 这 两 点 距 河 对 岸 的 电 视 塔 点$处 的 距 离!现 可 以 测 量"#的长以及图 中 角" 和 角# 的 大 小!如 何 利 用 这 三 个 条 件 去 求

"$!#$的长度呢&

为了解决这类问题!我们先来学习三角形中边"角及面积之间的 一些基本关系!

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如 图!$# 所 示!对 任 意

""#$!以""#$ 的 顶 点"

为坐 标 原 点!"#边 所 在 直 线 为%轴!建立直角坐标系!

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这就是说!三角形的面积等于任意两边与它们的夹角的正弦值之 积的一半!

将等式*

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+&''()$中 的 每 个 式 子 都 除 以

8. 1 正弦定理

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在三角形中!各边与它所对角的正弦的比值相等!这个结论就叫 作三角形的正弦定理 "#$%&'(&)*&+),'*$-%./&##(

'%012!即"$&'为直角三角形的情况下!#$%'%!!

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!!在 本 节 开 头 的 实 例 "如 图3$4#中!我 们 测 得 如 下 数 据%

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槡7:槡"#463874"+#(

上例实际上说明了如果已知三角形两个角和一条边的大小!则由 三角形的内角和为!312!立刻可得到它的第三个角的值!再利用正弦 定理!可算出它的另外两条边的大小(

问题%如果已知三角形的两条边及一条边所对的角的大小!利用 正弦定理能够算出三角形的其余的边和角的大小吗'

"!在"$&'中!已知$%412!#%6槡4!!%6!求&"(

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例 2 图

例 3 图

由正弦定理!得! "槡

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由此得到!""&'!%"*&!'!

因此!&"#$%*&!'$ !#$%.!',! "2!槡

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通过根据已知条件利用几何作图作三角形!可以清楚地看到例( 有两解!而例"只有一解$

一般地!已知两边 和 其 中 一 边 的 对 角 解 三 角 形!有 两 解%一 解% 无解三种情况$

*$当(为锐角时!如图0&)所示$

0&)

($当(为直角或钝角时!如图0&3所示$

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问题"在直角三角形中#正弦定理表明#一边的长同它所对的角

的正弦值之比是一个常数#这个常数的几何意义是什么$

对于一般的三角形#这个常数的几何意义又是什么$

!!!!

对 锐 角"!"##设 圆$是"!"#的 外 接 圆#%是圆$的半径#过"作圆$的直径"&#

连接#& %如 图!!!&'由 于#&#!都 是 圆

$中同一条 弧 所 对 的 圆 周 角#利 用 平 面 几 何 中 同弧所对的 圆 周 角 相 等 的 定 理##&(#!' 又#&#"是半圆弧所对的圆周角#半圆所对的

圆周角一定 是 直 角#所 以#&#"(#$%'于 是#)("#("&&'(&(

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这个结果 称 为扩 充 的 正 弦 定 理 %*+,*(-*-&'(*,.*/0*1&#并 且 解释了 )

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的外接圆的直径'

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*及"!"#的面积,'

!由 扩 充 的 正 弦 定 理#得!*()%&'(" ()&'( 3$%(2#

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练 习

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,-.$!试判断""#$的形状!

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(!""#$!如果./0&"*./0&#&./0&$!求证%$&1$%!这个命 题 的 逆 命 题 是 否成立& 试证明你的结论!

"!""#$!$&&#!#!$所对应的边分别为(!'!试求'

(的取值范围!

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! "# ! 余弦定理

在本章开始的 '问题探索(中!我们给出了这样一个实例%如图

*)'!在一建筑物两侧有"!#两点!现要测量"!#两点间的距离! 我们可以测量"$!#$的 长 以 及 图 中 角$的 大 小!如 何 利 用 这 三个条件去求"#的长度呢& 这一问题的实质是%利用两边和夹角去

习题 1

8. 2 余弦定理

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求第三边!

如图!!""以!"#$的顶点$ 为坐标原点"$"边所在直线为%"建 立 直 角 坐 标 系!点""#

的坐标分别为"#&"#$"##'$%&$"

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根据两点间的距离公式"得

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由上可知%三角形的一边的平方等于其他两边的平方和减去这两 边与它们夹角的余弦值乘积的两倍"这个结论叫作三角形的余弦定理

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余弦定理也可以写成下面的形式

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!"已 知!"#$的 三 边 分 别 为')3"&)4#和()45"试 求

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"根据三角形中大边对大角的原理"$!"#$的最大内角"

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练 习

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%!已知""#$的三边之比为$&%&!!求最大的内角!

"!已知""#$%%)'%)%'&(%!$的大小!

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'!已知""#$%&"!'&% "!#&!'()! (!

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+!已知 圆 内 接 四 边 形"#$*的 边 长 分 别 为"#&%!#$&*!$*&*"&#!求 四 边形"#$*的面积!

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! "# ! 解三角形的应用举例

解三角形的应用问题!通常都要根据题意!从实际问题中抽象出 一个或几个三角形!然后通过解这些三 角 形!得 出 所 要 求 的 量!从 而 得到实际问题的 解!在 这 个 过 程 中!贯穿 了 数 学 建 模 的 思 想!这 种 思 想即是从实际问题出发!经过抽象概括!把它转化为具体问题中的数 学模型!然后通过推理演算!得出数学模 型 的 解!再 还 原 成 实 际 问 题

习题 2

8. 3 解三角形的应用举例

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!!"#

的解!

在 航 海 中"由 于 南 北 方 向 比 较便于 测 量"通 常 以 南 北 方 向 作 为标准方向"用北偏东若干度#北 偏西若干度#南偏东若干度#南偏 西若干 度 来 表 示 方 向!如 图!!"#

所示"如"#""$""%""& 的 方 向 角 分 别 用 北 偏 东$#%"北 偏 西

&#%"南偏西'(%"南偏东)#%来表示*

!!一货轮航行到'处"测得灯塔(在货轮的北偏东"(%相距

)#海里处"随后货轮按 北 偏 西&#%的 方 向 航 行"半 小 时 后"又 测 得 灯 塔在货轮的北偏东'(%"求货轮的速度$结果保留一位小数%!

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!如 图!!""" "(') *"(%+&#%,'(%"

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由正弦定理 ')

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答'货轮速度为)#.2海里&时!

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"!我缉私船发现位于正北方向的走私船以(#海里&时的速度 向北偏东'(%方向的公海逃窜"已知缉私船的最大速度是$#海里&! 当发 现 走 私 船 时"两 船 之 间 的 距 离 不 超 过 多 少 海

里才能保证 缉 私 船 在"(分 钟 内 截 住 走 私 船( $结 果保留两位小数%

!当发现走私 船 时"设 缉 私 船#和 走 私 船

$之间的 距 离 为.海 里!$%为 走 私 船 的 逃 窜 路 线"如图!!")所示"由题意得""#$%*"&(%!设

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(22)

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缉私船在!处截住走私船!并设缉私船截住走私船所需最短时间为"

小时!于是#!$!""!%!$#""&

根据余弦定理!!"!""#$$"#""#$'($)%""("&'(%)#*!

即!!!!!!%%"""$)#" $(")(槡 $$"&

这个关于"的二次方程有正根!其正根为

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为使缉私船在%#分钟内截住走私船!(必须满足 槡 槡

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槡 槡

# $+ ,-#).$0&

$当发现走私船时!只要两船之间距离不超过).$0海里!我缉 私船就能在%#分钟内截住走私船&

!!如图0%%)!池塘两侧有两建筑物#!%!不能直接量得它们

之间的距离&在池塘边选取!!*两点!并测得$#!%$1#*!$%!*$

-#*!$#*!$)"*!$#*%$,"*!!*$0"2!试 求#!%两 建 筑 物 间 的距离"精确到".%2#&

0%%)

分析!可 以 将#%看 成 是34%#*% 的 斜 边!因 此 在34%#*%

中!知道两直角边或一直角边和一锐角!就能计算出#%的长&

!%#!*!$#!*$1#*'-#*$%$"*!$!#*$%0"*)

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(23)

由正弦定理得!!!! !"!"#$%&# $"

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在"'!" 中!#'!" #*+&!#'"!#'(%&!#!'" #')%&(

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同样由正弦定理得

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在12"$"'中!

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答&$!'两 建 筑 物 间 的 距 离 约 为(+)5)7&

如图)%'*!当我们 进 行 测 量 时! 在视线 与 水 平 线 所 成 的 角 中!视 线 在水 平 线 上 方 的 角 叫 作仰 角"8#9:;

/<;:;=82"/##!视 线 在 水 平 线 下 方 的 角叫作俯角"8#9:;/<>;?@;!!"/##&

!!如图)%'+!海岛+上有一座海拔'%%%7的山!在山顶上 的一个观察站$!上午''时测得一游轮在岛正东方向的!!俯角为

$%&!''时0分又测得该游轮在岛的南偏西$%&'处!俯角为$%&&如 果该游轮做匀速直线运动!试求该游轮的速度&

!如图)%'+!由题 意 得#+$!#0%&!#+$'#0%&!#'+!#

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(24)

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因此"该游轮的速度+$*$$$

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$*$$$$$0&1%$*$$20&1%*

答'该游轮的速度为*$20&1*

应用解三角形知识解实际问题的解题步骤'

$"%准确理解题意"尤其要理解应用题中的有关名词(术语所表 示的量)

$+%根据题意作出示意图)

$*%确定实际问题所涉及的三角形"并搞清该三角形的已知元素 与未知元素)

$3%选用正弦定理(余弦定理进行求解)

$#%给出答案* 上述过程可简化为'

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(25)

!!!

!!甲船在点"发现乙船在北偏东"#$#!乙船以$海里"时的速 度 向 正 北 方 向 行驶!已知甲船的速度是%$海里"!问甲船应沿着什么方向 前 进!才 能 最 快 与乙船相遇#

&$!"

'!在一幢'#(高 的 房 屋 顶 测 得 对 面 一 塔 顶 的 仰 角

"#$!塔基的俯角为)*$!假定房屋与塔建在同

一水平地面上!求塔的高度!

%!如图&$!"所示!某 直 升 机 于 空 中"处 观 测 正 前 方地平面 控 制 点%的 俯 角 为%#$%若 航 向 不 变!

飞机继续飞行!###(#!观 测 地 面 控 制 点%的 俯 角 为)*$!问 飞 机 再 向 前飞行多远!与地面控制点%的距离最近 &结果保留根号'#

!!!

!!!

!!我舰在某岛"南偏西)*$且与"相距!#海里的#!发现走私舰正由"岛向北 偏西+*$的方向以%#海 里"时 的 速 度 航 行!如 我 舰 恰 好 用!#分 钟 追 上 走 私 舰!

求我舰航行的速度和方向!

'!如图&$!+!海中小岛"周围'#海里 内 有 暗 礁!船 向 正 南 方 向 航 行!#处 测 得 小岛"位于该船的南偏东%#$方向上!航行%#海里后!%处测得小岛"

习题 3

练 习

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(26)

于该船的南偏东!"#方 向 上!如 果 此 船 不 改 变 航 向!继 续 向 正 南 航 行!有 无 触 礁的危险"

$#%& $#%$

$#%' (!如 图$#%$!一 艘 船 以()*)海 里$时 的 速 度 向 正 北 航 行!

"处看灯塔#在 船 的 北 偏 东)"#!("分 钟 后 航 行 到$ !$处看灯塔#在船的 北 偏 东!"#方 向 上!求 灯 塔# $处的距离 %精确到"*%海里&!

+!如图$#%'!两建筑物"$%&的 水 平 距 离 为)+ ,!

"点测得%点的俯角!("#!测得&点的俯角"!"#!

求这两座建筑物的高 %结果可保留根号&!

!!!

$#)"

-!如图$#)"!在平面镜&%同侧有相隔%-.,的两 "!$!它 们 到 平 面 镜 的 距 离 分 别 是' )

) .,

! ).,! 现要使从"点 射 出 的 光 线 经 平 面 镜 反射后经过点$!求光线的入射角#的度数!

!!在与建筑物"'的底端'处于同一水平面 的 点$

处测得顶端"的仰角为#!沿$'方向前进(",至 点&!此 时 测 得 顶 端" 仰角为)#!再继续沿$'方向前进%" ( , 至点%!此时测得顶 端"的 仰 角 +#!#的大小和建筑物"'的高!

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(27)

如何测量建筑物的高

下面我们利用解斜三角形的知识!来研究如何测量教学楼或校内 其他建筑物的高!

!""#

实 习 作 业

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(28)

!!!

! 测量教学楼高

测量目标 !!

测量工具 测角仪!皮尺

测量方案 计算原理 与过程 测量数据

测量项目 第一次 第二次 第三次 平均值

楼高数据

本方案优点 本方案不足

其他方案

指导教师意见

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(29)

!!!阅读与思考

!!!!

本章一开始就得出了"!"#的面积公式$"!"#%!"&'#$%#%

!"'(#$%!%!"&(#$%"!并由此推出了三角形的正弦定理)

面积是一个具有广泛应用的概念!中国古代就是通过面积巧妙 地证明了勾股定理)我们下面去发现面积概念的另一个应用"""利 用上述三角形的面积公式巧妙地证明一些三角公式)

由于需要 构 造 三 角 形!所 涉 及 的 角 的 大 小 必 须 受 到 限 制!因 此!下面提到的角都是锐角)

!)正弦的诱导公式

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面积与三角公式

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(30)

!!正弦的和角公式

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三角形的面积公式具有如此奇妙的应用"真是令人兴奋% 你还 能利用三角形的面积公式推导出其他的三角公式吗&

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(31)

小结与复习

!!!

! 指导思想

通过对任意三角形边角关系的探究!让学生发现并掌握三角形 中的边长和角度之间的数量关系!并认识到运用它们可以解决一些 与测量和几何计算有关的实际问题!

! 内容提要

本章的主要内容有正弦定理"余弦定理"解斜三角形的四种情 况以及解斜三角形的应用!解三角形在中学数学中被广泛应用!它 是由三角形中已知的边和角 #至少包括一条边$的大小!求出其余 边和角的大小的理论!是从数量角度进一步认识三角形中各元素间 关系的依据!也能培养我们分析问题"解决问题的能力!

本章的重点 是 斜 三 角 形 的 解 法!必 须 逐 步 熟 练 掌 握 并 能 正 确 运用!

本章的难点是余弦"正弦定理的实际运用!以及 %已知两边和 其中一边的对角解斜三角形&的问题!

解斜三角形有四种类型'

!!已知两角"!#及边$!由内角和公式求角%!再由正弦定

理求出&!' #唯一解$!

"!已知两边&!'与 其 夹 角"!$"(&")'"*"&'#$%"!求 出$!再由余弦定理求出角#!% #唯一解$!

&!已知 三 边$!&!'!由 余 弦 定 理 可 求 出 角"!#!% #唯 一解$!!!

'!已知两边$!&及角"!由正弦定理求角#!由内角和公式 求角%!!!

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三 ! 学习要求及需要注意的问题

!!学习要求!

!!"掌握余弦定理#正弦定理及其推导过程$并能运用它们解

斜三角形!

!""通过解斜三角形$了解解斜三角形在实际测绘问题中的广

泛应用$培养我们把实际问题转化为数学问题$并利用已有知识加 以解决的能力$从而提高我们分析问题#解决问题的水平!

"!需要注意的问题!

将某些实际问题转化 为 解 三 角 形 问 题$是 常 遇 到 的 应 用 问 题! 解这类问题$关键是如何将实际问题转化为数学问题$并画出示意 图$这有助于将抽象问题具体化#形象化!通常总是将实际问题中 的长度#角度看作三角形的边和角$从而构建三角形$进而运用有 关知识去解决问题!解这类问题时还要注意近似计算的要求!

! 参考例题

!!货轮在海 上 以#$海 里%时 的 速 度 沿 着 南 偏 东#$%的 方 向 航行$货轮在"点观测灯塔# 在其南偏东&$%的方向上$航行半小 时到达$点$观测灯塔#在其北偏东'(%的方向上$求货轮到达$ 点时与灯塔#的距离!

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分析!根 据 题 意$画 出 图 形 !图

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參考文獻

相關文件

28   穆罕默德·瓦利烏拉·汗著,陸水林譯《犍陀羅——來自巴基斯坦的佛教 文明》,北京:五洲傳播出版社,2009 年,第 78-81

二、本案中等師資類科學生(特教系以外之學生)修習之「教育專業課程版本」應為106年11月17日教育部臺教師(二)字第

Ma, T.C., “The Effect of Competition Law Enforcement on Economic Growth”, Journal of Competition Law and Economics 2010, 10. Manne, H., “Mergers and the Market for

Westlaw Japan ● h ps://go.westlawjapan.com/wljp/app/welcome?no fyAtSignOn=true Westlaw Japan 由新日本法規出版社與 THOMSON REUTERS 旗下的

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3   有關這一組石刻浮雕的圖解,參見楊泓《南朝的佛本行故事雕刻》,《現代 佛學》1964 年第 4 期,第 31-33 頁。轉刊氏著《漢唐美術考古和佛教藝術》,北 京:科學出版社,2000

聆聽: 陳璧沁演奏:平湖秋月中花版.WAV 聆聽:陳璧沁演奏:平湖秋月多花版.WAV