新編高考理科導(dǎo)學(xué)案【第五章】平面向量 學(xué)案24

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1、新編高考數(shù)學(xué)復(fù)習(xí)資料 學(xué)案24　正弦定理和余弦定理應(yīng)用舉例 導(dǎo)學(xué)目標(biāo)： 能夠運(yùn)用正弦定理、余弦定理等知識和方法解決一些與測量和幾何計算有關(guān)的實(shí)際問題． 自主梳理 1．仰角和俯角 與目標(biāo)視線同在一鉛垂平面內(nèi)的水平視線和目標(biāo)視線的夾角，目標(biāo)視線在水平視線上方時叫仰角，目標(biāo)視線在水平視線下方時叫俯角．(如圖所示) 2．方位角 一般指北方向線順時針到目標(biāo)方向線的水平角，如方位角45°，是指北偏東45°，即東北方向． 3．方向角：相對于某一正方向的水平角．(如圖所示) ①北偏東α°即由指北方向順時針旋轉(zhuǎn)α°到達(dá)目標(biāo)方向． ②北偏西α°即由指北方向逆時針旋轉(zhuǎn)α°到達(dá)目標(biāo)

2、方向． ③南偏西等其他方向角類似． 4．坡角 坡面與水平面的夾角．(如圖所示) 5．坡比 坡面的鉛直高度與水平寬度之比，即i＝＝tan α(i為坡比，α為坡角)． 6．解題的基本思路 運(yùn)用正、余弦定理處理實(shí)際測量中的距離、高度、角度等問題，實(shí)質(zhì)是數(shù)學(xué)知識在生活中的應(yīng)用，要解決好，就要把握如何把實(shí)際問題數(shù)學(xué)化，也就是如何把握一個抽象、概括的問題，即建立數(shù)學(xué)模型． 自我檢測 1．從A處望B處的仰角為α，從B處望A處的俯角為β，則α，β之間的關(guān)系是 (　　) A．α>β B．α＝β C．α＋β＝90° D．α＋β＝180° 2．(2011·承

3、德模擬)如圖所示，已知兩座燈塔A和B與海洋觀察站C的距離相等，燈塔A在觀察站C的北偏東40°，燈塔B在觀察站C的南偏東60°，則燈塔A在燈塔B的 (　　) A．北偏東10° B．北偏西10° C．南偏東10° D．南偏西10° 3．如圖所示，為了測量某障礙物兩側(cè)A、B間的距離，給定下列四組數(shù)據(jù)，不能確定A、B間距離的是 (　　) A．α，a，b

4、 B．α，β，a C．a(chǎn)，b，γ D．α，β，b 4．在200 m高的山頂上，測得山下一塔的塔頂與塔底的俯角分別是30°、60°，則塔高為________m. 5．(2010·全國Ⅱ)△ABC中，D為邊BC上的一點(diǎn)，BD＝33，sin B＝，cos∠ADC＝，求AD. 探究點(diǎn)一　與距離有關(guān)的問題 例1　(2010·陜西)如圖，A，B是海面上位于東西方向相距5(3＋)海里的兩個觀測點(diǎn)，現(xiàn)位于A點(diǎn)北偏東45°，B點(diǎn)北偏西60°的D點(diǎn)有一艘輪船發(fā)出求救信號，位于B點(diǎn)南偏西60°且與B點(diǎn)相距20海里的C點(diǎn)的救援船立即前往營救，其航行速度為30海里/時，該救援

5、船到達(dá)D點(diǎn)需要多長時間？ 變式遷移1　某觀測站C在目標(biāo)A的南偏西25°方向，從A出發(fā)有一條南偏東35°走向的公路，在C處測得與C相距31千米的公路上B處有一人正沿此公路向A走去，走20千米到達(dá)D，此時測得CD為21千米，求此人在D處距A還有多少千米？ 探究點(diǎn)二　測量高度問題 例2　如圖所示，測量河對岸的塔高AB時，可以選與塔底B在同一水平面內(nèi)的兩個測點(diǎn)C與D，現(xiàn)測得∠BCD＝α，∠BDC＝β，CD＝s，并在點(diǎn)C測得塔頂A的仰角為θ，求塔高AB. 變式遷移2　某人在塔的正東沿著南偏西60°的方向前進(jìn)40米后，望見塔在東北方向

6、，若沿途測得塔的最大仰角為30°，求塔高． 探究點(diǎn)三　三角形中最值問題 例3　(2010·江蘇)某興趣小組要測量電視塔AE的高度H(單位：m)，示意圖如圖所示，垂直放置的標(biāo)桿BC的高度h＝4 m，仰角∠ABE＝α，∠ADE＝β. (1)該小組已測得一組α、β的值，算出了tan α＝1.24，tan β＝1.20，請據(jù)此算出H的值； (2)該小組分析若干測得的數(shù)據(jù)后，認(rèn)為適當(dāng)調(diào)整標(biāo)桿到電視塔的距離d(單位：m)，使α與β之差較大，可以提高測量精度．若電視塔實(shí)際高度為125 m，試問d為多少時，α－β最大？ 變式遷移3　(2011·宜昌模擬)如圖所示，已知

7、半圓的直徑AB＝2，點(diǎn)C在AB的延長線上，BC＝1，點(diǎn)P為半圓上的一個動點(diǎn)，以DC為邊作等邊△PCD，且點(diǎn)D與圓心O分別在PC的兩側(cè)，求四邊形OPDC面積的最大值． 1．解三角形的一般步驟 (1)分析題意，準(zhǔn)確理解題意． 分清已知與所求，尤其要理解應(yīng)用題中的有關(guān)名詞、術(shù)語，如坡度、仰角、俯角、方位角等． (2)根據(jù)題意畫出示意圖． (3)將需求解的問題歸結(jié)到一個或幾個三角形中，通過合理運(yùn)用正弦定理、余弦定理等有關(guān)知識正確求解．演算過程中，要算法簡練，計算正確，并作答． (4)檢驗(yàn)解出的答案是否具有實(shí)際意義，對解進(jìn)行取舍． 2．應(yīng)用舉例中常見幾種題型 測量距離

8、問題、測量高度問題、測量角度問題、計算面積問題、航海問題、物理問題等． (滿分：75分) 一、選擇題(每小題5分，共25分) 1．如果等腰三角形的周長是底邊長的5倍，那么它的頂角的余弦值為 (　　) A. B. C. D. 2．(2011·揭陽模擬)如圖，設(shè)A、B兩點(diǎn)在河的兩岸，一測量者在A的同側(cè)，在所在的河岸邊選定一點(diǎn)C，測出AC的距離為50 m，∠ACB＝45°，∠CAB＝105°后，就可以計算出A、B兩點(diǎn)的距離為

9、 (　　) A．50 m B．50 m C．25 m D. m 3．△ABC的兩邊長分別為2,3，其夾角的余弦值為，則其外接圓的半徑為 (　　) A. B. C. D．9 4．(2011·滄州模擬)某人向正東方向走x km后，向右轉(zhuǎn)150°，然后朝新方向走3 km，結(jié)果他離出發(fā)點(diǎn)恰好是 km，那么x的值為 (　　) A. B．2 C.或2 D．3 5．一船向正北航行，看見正西方向有相距10海里的兩個燈

10、塔恰好與它在一條直線上，繼續(xù)航行半小時后，看見一燈塔在船的南偏西60°方向，另一燈塔在船的南偏西75°方向，則這只船的速度是每小時 (　　) A．5海里 B．5海里 C．10海里 D．10海里 題號 1 2 3 4 5 答案 二、填空題(每小題4分，共12分) 6．一船以每小時15 km的速度向東航行，船在A處看到一個燈塔M在北偏東60°方向，行駛4 h后，船到B處，看到這個燈塔在北偏東15°方向，這時船與燈塔的距離為___

11、_____． 7．(2011·臺州模擬)某校運(yùn)動會開幕式上舉行升旗儀式，旗桿正好處在坡度為15°的看臺的某一列的正前方，從這一列的第一排和最后一排測得旗桿頂部的仰角分別為60°和30°，第一排和最后一排的距離為10米(如圖所示)，旗桿底部與第一排在一個水平面上．若國歌長度約為50秒，升旗手應(yīng)以________米/秒的速度勻速升旗． 8．(2011·宜昌模擬)線段AB外有一點(diǎn)C，∠ABC＝60°，AB＝200 km，汽車以80 km/h的速度由A向B行駛，同時摩托車以50 km/h的速度由B向C行駛，則運(yùn)動開始________h后，兩車的距離最?。? 三、解答題(共38分) 9．(12

12、分)(2009·遼寧)如圖，A、B、C、D都在同一個與水平面垂直的平面內(nèi)，B、D為兩島上的兩座燈塔的塔頂．測量船于水面A處測得B點(diǎn)和D點(diǎn)的仰角分別為75°、30°，于水面C處測得B點(diǎn)和D點(diǎn)的仰角均為60°，AC＝0.1 km.試探究圖中B、D間距離與另外哪兩點(diǎn)間距離相等，然后求B、D的距離(計算結(jié)果精確到0.01 km，≈1.414，≈2.449)． 10．(12分)如圖所示，甲船以每小時30海里的速度向正北方向航行，乙船按固定方向勻速直線航行．當(dāng)甲船位于A1處時，乙船位于甲船的南偏西75°方向的B1處，此時兩船相距20海里．當(dāng)甲船航行20分鐘到達(dá)A2處時，乙船航行到甲船

13、的南偏西60°方向的B2處，此時兩船相距10海里．問乙船每小時航行多少海里？ 11．(14分)(2009·福建)如圖， 某市擬在長為8 km的道路OP的一側(cè)修建一條運(yùn)動賽道，賽道的前一部分為曲線段OSM，該曲線段為函數(shù)y＝Asin ωx(A>0，ω>0)，x∈[0,4]的圖象，且圖象的最高點(diǎn)為S(3,2)；賽道的后一部分為折線段MNP，為保證參賽運(yùn)動員的安全，限定∠MNP＝120°. (1)求A，ω的值和M，P兩點(diǎn)間的距離； (2)應(yīng)如何設(shè)計，才能使折線段賽道MNP最長？ 答案 自我檢測 1．B　2.B　3.A 4. 5．解　由cos∠

14、ADC＝＞0知B＜， 由已知得cos B＝，sin∠ADC＝， 從而sin∠BAD＝sin(∠ADC－B) ＝sin∠ADCcos B－cos∠ADCsin B ＝×－×＝. 由正弦定理得，＝， 所以AD＝＝＝25. 課堂活動區(qū) 例1　解題導(dǎo)引　這類實(shí)際應(yīng)用題，實(shí)質(zhì)就是解三角形問題，一般都離不開正弦定理和余弦定理，在解題中，首先要正確地畫出符合題意的示意圖，然后將問題轉(zhuǎn)化為三角形問題去求解．注意：①基線的選取要恰當(dāng)準(zhǔn)確；②選取的三角形及正、余弦定理要恰當(dāng)． 解　由題意知AB＝5(3＋)海里，∠DBA＝90°－60°＝30°，∠DAB＝90°－45°＝45°， ∴∠ADB＝1

15、80°－(45°＋30°)＝105°. 在△DAB中，由正弦定理，得＝， ∴DB＝＝ ＝＝10(海里)． 又∠DBC＝∠DBA＋∠ABC＝30°＋(90°－60°)＝60°，BC＝20(海里)， 在△DBC中，由余弦定理，得CD2＝BD2＋BC2－2BD·BC·cos∠DBC＝300＋1 200－2×10×20× ＝900，∴CD＝30(海里)， ∴需要的時間t＝＝1(小時)． 故救援船到達(dá)D點(diǎn)需要1小時． 變式遷移1　 解 如圖所示，易知∠CAD＝25°＋35°＝60°，在△BCD中， cos B＝＝， 所以sin B＝. 在△ABC中，AC＝＝24，

16、由BC2＝AC2＋AB2－2AC·ABcos A， 得AB2－24AB－385＝0， 解得AB＝35，AB＝－11(舍)， 所以AD＝AB－BD＝15. 故此人在D處距A還有15千米． 例2　解題導(dǎo)引　在測量高度時，要正確理解仰角、俯角的概念，畫出準(zhǔn)確的示意圖，恰當(dāng)?shù)剡x取相關(guān)的三角形和正、余弦定理逐步進(jìn)行求解．注意綜合應(yīng)用方程和平面幾何、立體幾何等知識． 解　在△BCD中，∠CBD＝π－α－β. 由正弦定理得＝， 所以BC＝＝， 在Rt△ABC中， AB＝BCtan∠ACB＝. 變式遷移2　 解 由題意可知，在△BCD中，CD＝40， ∠BCD＝30°，∠DBC

17、＝135°， 由正弦定理得， ＝， ∴BD＝＝20. 過B作BE⊥CD于E，顯然當(dāng)人在E處時， 測得塔的仰角最大，有∠BEA＝30°. 在Rt△BED中， 又∵∠BDE＝180°－135°－30°＝15°. ∴BE＝DB·sin 15°＝20×＝10(－1)． 在Rt△ABE中， AB＝BE·tan 30°＝(3－)(米)． 故所求的塔高為(3－)米． 例3　解題導(dǎo)引　平面幾何圖形中研究或求有關(guān)長度、角度、面積的最值、優(yōu)化設(shè)計等問題．而這些幾何問題通常是轉(zhuǎn)化到三角形中，利用正、余弦定理通過運(yùn)算的方法加以解決．在解決某些具體問題時，常先引入變量，如邊長、角度等，然后把要解

18、三角形的邊或角用所設(shè)變量表示出來，再利用正、余弦定理列出方程，解之．若研究最值，常使用函數(shù)思想． 解 (1)由AB＝，BD＝，AD＝及AB＋BD＝AD， 得＋＝， 解得H＝＝＝124(m)． 因此，算出的電視塔的高度H是124 m. (2)由題設(shè)知d＝AB，得tan α＝. 由AB＝AD－BD＝－，得tan β＝. 所以tan(α－β)＝ ＝≤， 當(dāng)且僅當(dāng)d＝， 即d＝＝＝55時， 上式取等號，所以當(dāng)d＝55時，tan(α－β)最大． 因?yàn)?<β<α<，則0<α－β<， 所以當(dāng)d＝55時，α－β最大． 變式遷移3　解　設(shè)∠POB＝θ，四邊形面積為y， 則在△

19、POC中，由余弦定理得 PC2＝OP2＋OC2－2OP·OCcos θ＝5－4cos θ. ∴y＝S△OPC＋S△PCD＝×1×2sin θ＋(5－4cos θ) ＝2sin(θ－)＋. ∴當(dāng)θ－＝，即θ＝時，ymax＝2＋. 所以四邊形OPDC面積的最大值為2＋. 課后練習(xí)區(qū) 1．D　2.A　3.C　4.C　5.C 6．30 km　7.0.6 8. 解析 　如圖所示：設(shè)t h后，汽車由A行駛到D，摩托車由B行駛到E，則AD＝80t，BE＝50t. 因?yàn)锳B＝200，所以BD＝200－80t， 問題就是求DE最小時t的值． 由余弦定理得，DE2＝BD2＋BE

20、2－2BD·BEcos 60° ＝(200－80t)2＋2500t2－(200－80t)·50t ＝12900t2－42000t＋40000. ∴當(dāng)t＝時，DE最?。? 9．解　在△ACD中，∠DAC＝30°， ∠ADC＝60°－∠DAC＝30°， 所以CD＝AC＝0.1.………………………………………………………………………(2分) 又∠BCD＝180°－60°－60°＝60°， 所以△ABC≌△CBD， 所以BA＝BD.……………………………………………………………………………(6分) 在△ABC中，＝， 即AB＝＝，…………………………………………………………(10分

21、) 所以BD＝≈0.33(km)． 故B、D的距離約為0.33 km.……………………………………………………………(12分) 10．解 如圖，連接A1B2，由題意知， A1B1＝20，A2B2＝10， A1A2＝×30＝10(海里)．…………………………………………………………(2分) 又∵∠B2A2A1＝180°－120°＝60°， ∴△A1A2B2是等邊三角形， ∠B1A1B2＝105°－60°＝45°.……………………………………………………………(6分) 在△A1B2B1中，由余弦定理得 B1B＝A1B＋A1B－2A1B1·A1B2cos 45° ＝202

22、＋(10)2－2×20×10×＝200， ∴B1B2＝10(海里)．…………………………………………………………………(10分) 因此乙船的速度大小為 ×60＝30(海里/小時)．…………………………………………………………(12分) 11．解 方法一　(1)依題意，有A＝2，＝3， 又T＝，∴ω＝.∴y＝2sinx.(3分) 當(dāng)x＝4時，y＝2sin＝3，∴M(4,3)． 又P(8,0)，∴MP＝＝5.…………………………………………………………(5分) (2)如圖，連接MP，在△MNP中，∠MNP＝120°，MP＝5. 設(shè)∠PMN＝θ， 則0°<θ<60°. 由

23、正弦定理得＝＝， ∴NP＝sin θ，MN＝sin(60°－θ)，…………………………………………(8分) ∴NP＋MN＝sin θ＋sin(60°－θ) ＝＝sin(θ＋60°)．…………………………………………(12分) ∵0°<θ<60°，∴當(dāng)θ＝30°時，折線段賽道MNP最長． 即將∠PMN設(shè)計為30°時， 折線段賽道MNP最長．…………………………………………………………………(14分) 方法二　(1)同方法一． (2)連結(jié)MP.在△MNP中，∠MNP＝120°.MP＝5， 由余弦定理得，MN2＋NP2－2MN·NP·cos∠MNP＝MP2.………………………………(8分) 即MN2＋NP2＋MN·NP＝25. 故(MN＋NP)2－25＝MN·NP≤2， ……………………………………………………………………………………………(10分) 從而(MN＋NP)2≤25，即MN＋NP≤. 當(dāng)且僅當(dāng)MN＝NP時等號成立． 即設(shè)計為MN＝NP時， 折線段賽道MNP最長．…………………………………………………………………(14分)