解直角三角形

📘 锐角三角函数·
⭐⭐⭐
·已知两边、已知一边一角

🎯 学习目标

  • 掌握利用勾股定理和锐角三角函数解直角三角形的基本方法
  • 能根据已知两边或一边一角求出直角三角形的其他边和角
  • 理解并应用三角函数(正弦、余弦、正切)在实际问题中的意义

📚 核心概念

解直角三角形是指在已知部分边或角的情况下,求出其余未知的边和角。直角三角形中,一个角是90°,其余两个角为锐角,且三边满足勾股定理:若直角边为 aabb,斜边为 cc,则有 a2+b2=c2a^2 + b^2 = c^2

当已知两边时,可先用勾股定理求出第三边,再用三角函数求锐角。例如,sinA=对边斜边\sin A = \frac{\text{对边}}{\text{斜边}}cosA=邻边斜边\cos A = \frac{\text{邻边}}{\text{斜边}}tanA=对边邻边\tan A = \frac{\text{对边}}{\text{邻边}}

当已知一边和一个锐角时,可直接使用对应的三角函数关系求出另一边,再用勾股定理或角度和为90°求剩余元素。注意:直角三角形中两个锐角互余,即 A+B=90\angle A + \angle B = 90^\circ

解题关键在于明确“对边”“邻边”是相对于哪个锐角而言的,并选择合适的公式。

📝 关键公式

  • 勾股定理a2+b2=c2a^2 + b^2 = c^2cc 为斜边)
    • 示例:若 a=3a=3b=4b=4,则 c=32+42=5c = \sqrt{3^2 + 4^2} = 5
  • 正弦定义sinA=对边斜边\sin A = \dfrac{\text{对边}}{\text{斜边}}
    • 示例:若 A=30\angle A = 30^\circ,斜边 c=10c=10,则对边 a=10sin30=5a = 10 \cdot \sin 30^\circ = 5
  • 余弦定义cosA=邻边斜边\cos A = \dfrac{\text{邻边}}{\text{斜边}}
    • 示例:若 A=60\angle A = 60^\circ,斜边 c=8c=8,则邻边 b=8cos60=4b = 8 \cdot \cos 60^\circ = 4
  • 正切定义tanA=对边邻边\tan A = \dfrac{\text{对边}}{\text{邻边}}
    • 示例:若 A=45\angle A = 45^\circ,邻边 b=6b=6,则对边 a=6tan45=6a = 6 \cdot \tan 45^\circ = 6

💡 经典例题

例题1(已知两边):在Rt△ABC中,∠C = 90°,AC = 6,BC = 8,求AB和∠A。

  1. 先求斜边 AB:由勾股定理,AB=AC2+BC2=62+82=36+64=100=10AB = \sqrt{AC^2 + BC^2} = \sqrt{6^2 + 8^2} = \sqrt{36 + 64} = \sqrt{100} = 10
  2. 求 ∠A:∠A 的对边是 BC = 8,斜边 AB = 10,所以 sinA=810=0.8\sin A = \dfrac{8}{10} = 0.8
  3. 查表或用计算器得 A53.1\angle A \approx 53.1^\circ

例题2(已知一边一角):在Rt△DEF中,∠F = 90°,DE = 13(斜边),∠D = 30°,求DF和EF。

  1. ∠D = 30°,其邻边是 DF,对边是 EF。
  2. 用余弦求邻边 DF:cos30=DFDEDF=13cos30=133211.26\cos 30^\circ = \dfrac{DF}{DE} \Rightarrow DF = 13 \cdot \cos 30^\circ = 13 \cdot \dfrac{\sqrt{3}}{2} \approx 11.26
  3. 用正弦求对边 EF:sin30=EFDEEF=13sin30=130.5=6.5\sin 30^\circ = \dfrac{EF}{DE} \Rightarrow EF = 13 \cdot \sin 30^\circ = 13 \cdot 0.5 = 6.5
  4. 验证:也可用勾股定理检查 DF2+EF2(11.26)2+(6.5)2126.8+42.25=169=132DF^2 + EF^2 \approx (11.26)^2 + (6.5)^2 \approx 126.8 + 42.25 = 169 = 13^2,正确。

⚠️ 易错点

  • 混淆对边与邻边:对边和邻边是相对于所讨论的锐角而言的。避免方法:画图标出角,明确哪条边对着该角。
  • 误用斜边:在非直角三角形中错误套用勾股定理。避免方法:确认三角形是否为直角三角形(有一个90°角)。
  • 角度单位错误:计算器未切换到“度数”模式,导致结果错误。避免方法:解题前检查计算器设置。
  • 忽略锐角互余:忘记两个锐角和为90°,导致多算或漏算角度。避免方法:求出一个锐角后,另一个可用 9090^\circ - 已知锐角快速得出。
  • 盲目套公式:不分析已知条件就乱用正弦/余弦/正切。避免方法:先判断已知的是哪两边(或边角),再选择对应函数(如已知对边和斜边 → 用正弦)。

💡 例题

1

在三角形PQRPQR中,已知P=90\angle P = 90^\circQR=15QR = 15tanR=5cosQ\tan R = 5\cos Q。求PQPQ的长度?

  1. 观察图形:∠P 是直角,所以△PQR 是直角三角形,直角在点 P。
  2. 已知 QR = cosQ=PQQR=PQ15\cos Q = \frac{PQ}{QR} = \frac{PQ}{15},PR = PQPR=PQ3\frac{PQ}{PR} = \frac{PQ}{3},要求 PQ。
  3. 根据勾股定理:
PQ=QR2PR2=15232=(53)232=253232=2432=6432=66.\begin{aligned} PQ & = \sqrt{QR^2 - PR^2} \\ &=\sqrt{15^2 - 3^2}\\ &=\sqrt{(5\cdot 3)^2 - 3^2} \\ &= \sqrt{25\cdot 3^2 - 3^2} \\ &= \sqrt{24\cdot 3^2} \\ &= \sqrt{6\cdot 4\cdot 3^2} \\ &= \boxed{6\sqrt{6}}. \end{aligned}
2

在直角三角形ABCABC中,∠B = 90°,已知2sinA=3cosA.2\sin A = 3\cos A.。求sinA\sin A的值?

三角形如下图所示:

[asy] pair A,B,C; A = (0,0); B = (10,0); C = (10,15); draw(A--B--C--A); draw(rightanglemark(C,B,A,26)); label("AA",A,SW); label("BB",B,SE); label("CC",C,N); [/asy]

  1. 已知sinA=BCAC\sin A = \frac{BC}{AC}cosA=ABAC\cos A = \frac{AB}{AC},由2sinA=3cosA2\sin A = 3\cos A2BCAC=3ABAC2\cdot \frac{BC}{AC} = 3\cdot\frac{AB}{AC}
  2. 两边同乘ACAC,得2BC=3AB2BC = 3AB,所以AB=23BCAB= \frac23 BC
  3. 由勾股定理得AB2+BC2=AC2AB^2 + BC^2 = AC^2
  4. AB=23BCAB = \frac23BC代入,得
(23BC)2+BC2=AC2.\left(\frac23BC\right)^2 + BC^2 = AC^2.

。 5. 化简左边得139BC2=AC2\frac{13}{9}BC^2 = AC^2,所以BC2AC2=913\frac{BC^2}{AC^2} = \frac{9}{13},即

sinA=BCAC=913=913=313=31313.\sin A = \frac{BC}{AC} = \sqrt{\frac{9}{13}} = \frac{\sqrt{9}}{\sqrt{13}} = \frac{3}{\sqrt{13}} = \boxed{\frac{3\sqrt{13}}{13}}.

。 6. 另法:对任意角AA,都有(sinA)2+(cosA)2=1(\sin A)^2 + (\cos A)^2 = 1,所以由2sinA=3cosA2\sin A = 3\cos AcosA=23sinA\cos A = \frac23 \sin A(sinA)2+(23sinA)2=1(\sin A)^2 + \left(\frac23\sin A\right)^2 = 1,进而得139(sinA)2=1\frac{13}{9}(\sin A)^2= 1。 7. 因此,(sinA)2=913(\sin A)^2 = \frac{9}{13}。 8. 又因AA是锐角,故sinA>0\sin A > 0,所以由(sinA)2=913(\sin A)^2 = \frac{9}{13}

sinA=913=913=313=31313.\sin A = \sqrt{\frac{9}{13}} = \frac{\sqrt{9}}{\sqrt{13}} = \frac{3}{\sqrt{13}} = \boxed{\frac{3\sqrt{13}}{13}}.

✏️ 练习

1

在三角形ABCABC中,已知A=90\angle A = 90^\circsinB=47\sin B = \frac{4}{7}。求cosC\cos C

2

一个三角形的两个角分别是30度和45度。已知30度角所对的边长为626\sqrt2个单位,求另外两条边长度的和。结果保留一位小数。

3

如下图所示,∠LMN = sinN=23\sin N = \frac{2}{3}。求LNLN的值?

[asy] pair L,M,N; M = (0,0); N = (17.89,0); L = (0,16); draw(L--M--N--L); draw(rightanglemark(L,M,N,18)); label("MM",M,SW); label("NN",N,SE); label("LL",L,NE); label("1616",L/2,W); [/asy]

4

在直角三角形DEFDEF中,∠E=90\angle E = 90^\circ= 65°,邻边EF=9EF = 9= 8,对边为DEDE。求【MATH_4】(结果保留一位小数)。本题可使用计算器。

5

如下图所示,已知AB=24AB = 24ADB=90\angle ADB =90^\circ。如果sinA=23\sin A = \frac23sinC=13\sin C = \frac13,那么DCDC是多少?

[asy] pair A,B,C,D; A = (0,0); B = (8sqrt(5),16); D = (8sqrt(5),0); C = (8sqrt(5) + 32sqrt(2),0); draw(D--B--A--C--B); label("AA",A,SW); label("BB",B,N); label("CC",C,SE); label("DD",D,S); draw(rightanglemark(B,D,A,63)); [/asy]