师:同学们,上一节课我们学习了直角三角形中的锐角三角函数。对于锐角α,它的正弦、余弦和正切都叫做角α的锐角三角函数。称之为函数,意味着对于锐角α,每一个确定的值,sinα、cosα、tanα都有唯一确定的值与它对应。正是这样的一一对应关系,使得锐角三角函数在求边角问题上有着强大的功能。
1972年,比萨斜塔地区发生了地震,比萨斜塔的倾斜角度也改变了。为了测量比萨斜塔的倾斜角度,我们找到了塔的中心线和垂直中心线。要求出它们的夹角,我们把它抽象成数学问题,从塔顶B向垂直中心线做一条垂线段,测得BC长和AB的长。要求出角A的度数,相当于已知直角三角形ABC中知道角A的对边和斜边,那么我们要用什么三角函数呢?
生:用正弦函数。
师:对,我们可以用正弦函数求得sinA = 0.0954。再用计算器可以求到角A等于5度28分,也就是比萨斜塔1972年的倾斜角是5度28分。
在这个问题中,我们已知直角三角形的一条直角边和斜边,通过三角函数关系求出了锐角的大小。那么在一个三角形中有多少条边和几个角呢?
生:三条边,三个角。
师:对,这就是三角形的六个元素。那么在直角三角形ABC中,除了直角以外,其他的五个元素有着怎样的等量关系呢?
生:三边满足勾股定理,两直角边的平方和等于斜边的平方。两个锐角互余。
师:非常好,那边和角又有怎样的关系呢?
生:通过锐角三角函数把角与边联系起来。
师:没错。下面我们来研究一下这个问题。在直角三角形ABC中,∠C = 90°,如果知道了∠A是35°以及斜边AB的长,还能求出其他的三个元素吗?
生:可以,从两锐角互余可以求出∠B,要求直角边可以采取正弦或者余弦函数。
师:很好。如果知道的是直角三角形的两条边,我们能求出其余的三个元素吗?
生:已知两边,可以通过勾股定理求出第三边,三边都知道了就可以选取不同的三角函数来求出锐角的度数。
师:完全正确。假如知道的是两个角的度数,能求出其他的三个元素吗?换句话说,就是要求出三条边的长度,大家思考一下。
生:不能,知道角度只能知道某些边的比值,不能求出某一条边的实际长度。除非再多给一条边的实际长度,通过比值计算,就可以求出另外一条边。
师:对。从以上的三个问题,我们发现在直角三角形的6个元素中,除了直角外的5个元素,只要知道其中的两个,而且这两个元素必须有一个是边的条件,那么我们就可以求出其他的三个元素,这就是我们今天要学习的解直角三角形。由已知元素求未知元素的过程“知二求三”,其中的“2”必须有一个是边的条件。所以我们常见以下两种情况,已知两边或者已知一条边和一个锐角。下面我们一起来看一下例题。
在直角三角形ABC中,∠C = 90°,已知AC和BC长度,解这个直角三角形。那么解决问题前我们要搞清楚到底我们要求什么呢?
生:要求第三边,还要求两个锐角的大小。
师:大家思考一下从哪里入手呢?
生:已知两边,可以通过勾股定理求出AB的长,AB的平方等于AC的平方加上BC的平方。所以AB的长度等于$\sqrt{AC^{2} + BC^{2}}$ 。
师:假设这里$AC = \sqrt{2}$,$BC = \sqrt{6}$ ,那么$AB = \sqrt{(\sqrt{2})^{2} + (\sqrt{6})^{2}} = \sqrt{2 + 6} = 2\sqrt{2}$。求到了斜边的长,意味着三角形三条边都知道了,那怎么来求角度呢?
生:可以选择角B的对边和斜边,用正弦函数,或者用角B的邻边和对边用正切函数。
师:还有没有其他的方法呢?我们也可以从题目本身出发,条件给出了两条直角边,那么更多的我们会选择正切函数。假如我们把目光集中到角A,相当于知道了直角三角形角A的对边和邻边,那么我们可以得到$tanA = \frac{BC}{AC}$ 。这里$tanA = \frac{\sqrt{6}}{\sqrt{2}} = \sqrt{3}$,大家应该很熟悉,是一个特殊值,所以角A是等于60度,既然角A求到了,角B也可以求到,这时我们发现这个三角形成为了一个有30度的直角三角形。从前面的学习我们知道30度所对的直角边是斜边的一半,所以我们可以得到AB是等于2倍的AC,也就是$2\sqrt{2}$ 。那么除了以上两种方法,还有没有其他的方法呢?
生:考虑问题的角度不同,我们可以选择不同的方法。如果与斜边相关,我们多数选择正余弦,求对用正,求邻用余;如果与直角边相关,我们用正切函数,知边求角要选好,能用乘法不用除。
师:非常棒。下面我们再来看另外一个问题,在直角三角形ABC中,∠C是90°,已知∠B = 35°以及∠B的对边AC = 20。解这个直角三角形,首先我们来看一下要求什么。
