初中数学解直角三角形例题解析
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解直角三角形例题解析解直角三角形与直角三角形的概念、性质、判定和作图有着密切的联系,是在深入研究几何图形性质的基础上,根据已知条件,计算直角三角形未知的边长、角度和面积,以及与之相关的几何图形的数量。
1、明确解直角三角形的依据和思路在直角三角形中,我们是用三条边的比来表述锐角三角函数定义的。
因此,锐角三角函数的定义本质揭示了直角三角形中边角之间的关系,是解直角三角形的基础。
如图1,在Rt△ABC中,∠C=90°,设三个内角A、B、C所对的边分别为a、b、c(以下字母同),则解直角三角形的主要依据是(1)边角之间的关系:sinA=cosB=ac, cosA=sinB=bc,tanA=cotB=ab,cotA=tanB=ba。
(2)两锐角之间的关系:A+B=90°。
(3)三条边之间的关系:。
以上每个边角关系式都可看作方程,解直角三角形的思路,就是根据已知条件,正确地选择直角三角形中边角间的关系式,通过解一元方程来求解。
2、解直角三角形的基本类型和方法我们知道,由直角三角形中已知的元素求出未知元素的过程叫作解直角三角形,而在直角三角形中,除直角以外还有三条边及两个锐角共五个元素,那么什么样的直角三角形才可解呢?如果已知两个锐角能否解直角三角形呢?事实上,解直角三角形跟直角三角形的判定与作图有着本质的联系,因为已知两个元素(至少有一个是边)可以判定直角三角形全等,也可以作出直角三角形,即此时直角三角形是确定的,所以这样的直角三角形是可解的。
由于已知两个锐角的直角三角形是不确定的,它们是无数多个相似的直角三角形,因此求不出各边的长。
所以,要解直角三角形,给出的除直角外的两个元素中,必须至少有一个是边。
这样,解直角三角形就分为两大类,即已知一条边及一个锐角或已知两条边解直角三角形。
四种基本类型和解法列表如下:,B=90°-A,例1、如图2,若图中所有的三角形都是直角三角形,且∠A=α,AE=1,求AB的长。
分析一:所求AB是Rt△ABC的斜边,但在Rt△ABC 中只知一个锐角A=α,暂不可解。
而在Rt△ADE中,已知一直角边及一锐角是可解的,所以就从解Rt△ADE入手。
解法一:在Rt△ADE中,∵cosA=A EA D,且∠A=α,AE=1,∴AD=cosA EA=1cosα,在Rt△ADC中,∵cosA=A DA C,∴AC=cosA DA=1coscosαα=21cosα,在Rt△ABC中,∵cosA=A CA B,∴AC=cosA CA=21coscosαα=31cosα.分析二;观察图形可知,CD、CE分别是Rt△ABC和Rt△ACD斜边上的高,具备应用射影定理的条件,可以利用射影定理求解。
解法二:同解法一得,∴AD=1cosα,在Rt△ACD中,∵AD2=AE.AC∴AC=2ADAE=21cosα,在Rt△ABC中,∵AC2=AD.AB∴AB=2ACAD=31cosα。
说明:本题是由几个直角三角形组合而成的图形。
这样的问题,总是先解出已经具备条件的直角三角形,从而逐步创造条件,使得要求解的直角三角形最终可解。
值得注意的是,由于射影定理揭示了直角三角形中有关线段的数量关系,因而在解直角三角形时经常要用到。
在解直角三角形的问题中,经常会遇到这样的图形(图3),它是含有两个直角三角形的图形。
随着D 点在BC 边上位置的变化,会引起直角三角形中有关图形数量相应的变化,从而呈现许多不同的解直角三角形的问题,下面举例加以说明。
例2、如图3,在Rt △ABC 中,∠C =90°,AD 是BC 边上的中线。
(1)若BD =B =30°,求AD 的长;(2)若∠ABC =α,∠ADC =β,求证:tan β=2tan α。
(1)分析:由AD 是BC 边的中线,只知DC 一条边长,仅此无法直接在Rt △ADC 中求解AD 。
而在Rt △ABC 中,由已知BC 边和∠B 可以先求出AC ,从而使Rt △ADC 可解。
解:在Rt △ABC 中,∵BC =2BD =2B =30°,∴AC =BC ·tanB =23=3,在Rt △ADC 中,∵DC =BD =,∴AD==3。
(2)分析:α和β分别为Rt △ABC 和Rt △ADC 中的锐角,且都以直角边AC 为对边,抓住图形的这个特征,根据直角三角形中锐角三角比可以证明tan β=2tan α。
证明:在Rt △ABC 中,∵tan ∠ABC=A C B C,∠ABC=α,∴AC=BC.tan α,在Rt △ADC 中,∵tan ∠ADC=A C D C,∠ADC=β,∴AC=DC.tan β,又∵BC =2DC, ∴tan β=2tan α。
例3、如图3,在Rt △ABC 中,∠C =90°,AD 是∠BAC 的平分线。
(1)若AB ∶BD =B ;(2)又若BD =4,求。
分析:已知AD 是∠BAC 的平分线,又知两条线段的比AB ∶BD ,应用三角形内角平分线的性质定理,就能把已知条件集中转化到Rt △ADC 中,先求出∠DAC 即可求得∠B 。
解:(1)∵AD 是∠BAC 的平分线,∴A B A C=B D C D,即A B B D=A C C D即在Rt △ADC 中,∵cot ∠DAC=A C C D∴∠DAC =30°,∴∠BAC =2∠DAC =60°, ∴∠B =90°-∠BAC =30°.(2)∵A B B D,BD =4,∴AB ==,∵∠B =30°,∴AC =12AB =2,又∵BC =AB ·cosB =6,∴ABC S ∆=12BC ·AC =12×6×2=说明:解直角三角形时,要注意三角形中主要线段的性质,利用平面几何的有关定理,往往能够建立已知与未知的联系,找到解决问题的突破口。
例4、如图3,在Rt△ABC中、∠C=90°,D为BC上一点,∠ABC=45°,∠ADC=60°,BD=1,求AB。
分析:已知的角度告诉我们,Rt△ABC 和Rt△ADC都是特殊的直角三角形,抓往这个特点设未知数,根据线段间的数量关系,可以列出一元一次方程求解。
解:在Rt△ADC中,设DC=x,∵∠ADC=60°,∴AD=2x,AC=x,在Rt△ABC中,∵∠ABC=45°,BD=1,∴1+x=x,∴x=12,∴AB===2。
说明:解直角三角形时,要注意发掘图形的几何性质,利用线段和差的等量关系布列方程。
还要熟练地掌握特殊锐角的三角比值,以使解答过程的表述简洁。
例5、如图4,在△ABC中、D、F分别在AC、BC上,且AB⊥AC,AF⊥BC,BD=DC=FC =1,求AC。
分析:由数形结合易知,△ABC是直角三角形,AF为斜边上的高线,CF是直角边AC 在斜边上的射影,AC为所求,已知的另外两边都在△BDC中,且BD=DC=1,即△BDC是等腰三角形。
因此,可以过D作DE⊥BC,拓开思路。
由于DE,AF同垂直于BC,又可以利用比例线段的性质,逐步等价转化求得AC。
解:在△ABC中,设AC为x,∵AB⊥AC,AF⊥BC,又FC=1,根据射影定理,得:,即BC=。
再由射影定理, 得:,。
在△BDC中,过D作DE⊥BC于E,∵BD=DC=1,∴BE=EC,又∵AF⊥BC,∴DE∥AF,。
在Rt△DEC中,∵DE2+EC2=DC2,即,整理得x6=4,∴x=∴AC=说明:本题体现了基本图形基本性质的综合应用。
还应该注意,作垂线构造直角三角形是解直角三角形时常用的方法。
3、解直角三角形在实际问题中的应用借助解直角三角形解决实际问题,包括度量工件、测量距离、工程技术等许多方面。
解决问题的关键是要从实际问题中抽象出几何图形,把实际问题中的数量关系转化为直角三角形的边角之间的关系,从而通过解直角三角形使实际问题得到解决。
例6、某型号飞机的机翼形状如图5,根据图示尺寸计算AC 、BD 和AB 的长度(保留三个有效数字)。
分析;飞机机翼形状为四边形ABDC ,要求其中三条边的长度,一方面应使所求线段成为直角三角形的元素,另一方面,要设法将已知条件与未知量集中在某个三角形中以求解,这就需要恰当地构造直角三角形。
解:过C 作CE ⊥BA ,交BA 的延长线于E 。
在Rt △ACE 中,∵∠ACE =45°,CE =5,∴AC =≈1.414×5=7.07。
过D 作DF ⊥BA ,交BA 的延长线于F ,且与AC 交于G ,在Rt △BDF 中,∵∠BDF =30°,DF =5,∴BD =cos 30D F=50.866=5.77,∴BF=12B D =2.885∴AB =BF-AF =BF-FG =BF-(DF-DG )=BF-(DF-CD )=2.885-(5-3.4)≈1.29(米)。
说明:解决实际问题时,计算常有精确度的要求,应注意近似计算的法则和规范表述。
例7、某勘测队在山脚测得山顶的仰角为38°,沿倾斜角为25°的山坡前进800米后,又测得山顶的仰角为62°,求山的高度(精确到0.1米)。
(cos13°=0.9744,sin13°=0.2250,cot24°=2.246,sin38°=0.6157)分析:先根据题意画出示意图(如图6),BC为山高,AD为山坡,∠DAC=25°,因为仰角为视线与水平线的夹角,所以∠BAC=38°,AD=800米,∠BDE=62°,要直接在Rt△ABC中求BC不够条件,必须设法先求出AB,这就需要根据已知条件,构造直角三角形。
解:过D作DF⊥AB于F,在Rt△ADF中,∠DAF=38°-25°=13°,∴AF=AD·cos∠DAF=800×0.9744=779.5,DF=AD·sin∠DAF=800×0.2250=180.0。
在Rt△BDF中,∵∠DBF=62°-38°=24°,∴BF=DF·cot∠DBF=180.0×2.246=404.3,∴AB=AF+BF=779.5+404.3=1183.8,在Rt△ABC中,BC=AB·sin∠BAC=1183.8×0.6157=728.8(米)。
答:山高为728.8米。
说明:在学过解斜三角形以后,解答本题会有更简捷的方法。
说明:应用问题尽管题型千变万化,但关键是设法化归为解直角三角形问题,必要时应添加辅助线,构造出直角三角形。