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正弦定理的證法探討

2019-04-03 05:39:14李哲林
讀天下 2019年10期

摘要:三角形是最簡單的平面圖形,我們從小學就開始研究它。至此,似乎我們可以驕傲地認為:我們已經(jīng)深刻地認識了這個小小的圖形。這種自大是很危險的!在這個簡單的圖形中還埋藏著無盡的寶藏,等待著我們前去發(fā)掘。讓我們一起踏上驚險、刺激的尋寶之旅。

關鍵詞:幾何法;向量法;坐標系法;外接圓法

探討一(幾何法):

1. 在Rt△ABC中,如圖1,C為直角,A、B、C的對邊分別為a,b,c。由銳角三角函數(shù)的定義,有sinA=ac,sinB=bc,因為兩式中的c是相同的,

于是發(fā)現(xiàn)asinA=bsinB=c。因為C=90°,所以sinC=1。

上式可拓展為asinA=bsinB=csinC。

這就是我們要尋找的寶藏嗎?它僅僅屬于直角三角形,還是所有的三角形都有這一特點?可見探險之旅剛剛開始。

2. 在銳角△ABC中,

我們可以添加三角形的高,化歸為直角三角形。如圖2,CD是AB邊上的高。在Rt△BCD中,CDa=sinB,有CD=asinB,在Rt△ACD中,有CD=bsinA,于是asinB=bsinA,

寫成比例式asinA=bsinB。同理,添加BC邊上的高,可得bsinB=csinC。

所以銳角三角形中,總有asinA=bsinB=csinC。

探討二(向量法):

△ABC是銳角三角形,如圖3,過A作AD⊥AC,得到向量AD。

由于AB=AC+CB,

于是AD·AB=AD·(AC+CB)=AD·AC+AD·CB,

因此|AD|·|AB|cos(90°-A)=|AD|·|AC|cos90°+|AD|·|BC|cos(90°-C),

所以有csinA=asinC,得asinA=csinC。

同理,可得asinA=bsinB,于是有asinA=bsinB=csinC。

探討三(坐標法):

建立直角坐標系,借助三角函數(shù)定義進行證明。在如圖4所示的直角坐標系中,點B,C的坐標分別為B(ccosA,csinA),C(b,0)。

于是S△ABC=12bcsinA。

同理,S△ABC=12absinC=12acsinB,

從而可證明asinA=bsinB=csinC。

探討四(外接圓法):

通過△ABC的外接圓,將問題轉化為直角三角形進行證明。

1. 若△ABC是銳角三角形,如圖5甲,作直徑BD與弦CD,則∠BCD=90°,可得a=2RsinD=2RsinA,于是asinA=2R,

同理有bsinB=2R,csinC=2R,

可得結論:asinA=bsinB=csinC=2R。

2. 若△ABC是鈍角三角形,如圖5乙,作直徑BD與弦CD,則∠BCD=90°,同樣可得:a=2RsinD=2Rsin(180°-A)=2RsinA,

同理有b=2RsinB,c=2RsinC,

于是asinA=bsinB=csinC=2R。(R為△ABC外接圓半徑)

證明正弦定理時,無論使用何種方法,當三角形是直角三角形時,其關系都是顯而易見的,只需找到銳角三角形和鈍角三角形時的證明辦法即可。

“近測高塔遠看山,量天度海只等閑。古有九章勾股法,今看三角正余弦?!?/p>

作者簡介:

李哲林,浙江省寧波市,浙江省寧波市五鄉(xiāng)中學。

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