三角形中的三角公式

发布时间 2024-01-05 17:34:03作者: 静雅斋数学

前言

在三角函数章节中,我们学习了许多公式,比如同角三角函数关系,诱导公式,和角公式,差角公式,二倍角公式,半角公式等;当这些角放置到三角形中,由于有了内角和的限定等,所以它们又有了不同的外在形式;

编辑中。。。

三角形内角和

  • \(A+B+C=\pi\)\(A+B=\pi-C\)\(\cfrac{A+B}{2}=\cfrac{\pi}{2}-\cfrac{C}{2}\)\(A,B,C\in(0,\pi)\)

  • 三角形中的互补关系

\(\sin(A+B)=\sin(\pi-C)=\sin C\)

\(\cos(A+B)=\cos(\pi-C)=-\cos C\)

\(\tan(A+B)=\tan(\pi-C)=-\tan C\)

  • 三角形中的互余关系

\(\sin\cfrac{A+B}{2}=\sin(\cfrac{\pi}{2}-\cfrac{C}{2})=\cos\cfrac{C}{2}\)

\(\cos\cfrac{A+B}{2}=\cos(\cfrac{\pi}{2}-\cfrac{C}{2})=\sin\cfrac{C}{2}\)

\(\tan\cfrac{A+B}{2}=\tan(\cfrac{\pi}{2}-\cfrac{C}{2})=\cot\cfrac{C}{2}\)

  • 三角形中的射影定理

\(a=b\cdot cosC+c\cdot cosB\)\(b=a\cdot cosC+c\cdot cosA\)\(c=b\cdot cosA+a\cdot cosB\)

相关不等式

在锐角\(\Delta ABC\)中,\(sinA>cosB\)\(cosA<sinB\)

证明:由于在锐角\(\Delta ABC\)中,故\(A+B>\cfrac{\pi}{2}\),即\(A>\cfrac{\pi}{2}-B\),此时\(A\in(0,\cfrac{\pi}{2})\)\(\cfrac{\pi}{2}-B\in(0,\cfrac{\pi}{2})\)

而函数\(y=sinx\)\((0,\cfrac{\pi}{2})\)上是单调递增的,故\(sinA>sin(\cfrac{\pi}{2}-B)=cosB\),即\(sinA>cosB\)

同理,函数\(y=cosx\)\((0,\cfrac{\pi}{2})\)上是单调递减的,故\(cosA<cos(\cfrac{\pi}{2}-B)=sinB\),即\(cosA<sinB\)

  • \(\Delta ABC\)中,$A>B\Leftrightarrow sinA>sinB\Leftrightarrow a>b $(利用正弦定理和大角对大边可证明)

\(\Delta ABC\)中,\(A>B\Leftrightarrow cosA<cosB\)(利用余弦函数的单调性可证明)

  • \(a^2+b^2>c^2\)”是“\(\triangle ABC\)是锐角\(\triangle\)”的必要不充分条件;

\(a^2+b^2<c^2\)”是“\(\triangle ABC\)是钝角\(\triangle\)”的充分不必要条件;

\(a^2+b^2=c^2\)”是“\(\triangle ABC\)\(Rt\triangle\)”的充分不必要条件;

相关恒等式

\(\triangle ABC\)中,\(\sin A+\sin B+\sin C=4\cos\cfrac{A}{2}\cos\cfrac{B}{2}\cos\cfrac{C}{2}\)

\(\triangle ABC\)中,\(\cos A+\cos B+\cos C=1+4\sin\cfrac{A}{2}\sin\cfrac{B}{2}\sin\cfrac{C}{2}\)

在斜 \(\triangle ABC\)中,\(\tan A+\tan B+\tan C=\tan A\tan B\tan C\quad\)(\(A,B,C\neq \cfrac{\pi}{2}\))

证明: 由于 \(tan(\alpha+\beta)=\cfrac{tan\alpha+tan\beta}{1-tan\alpha\cdot tan\beta}\)

我们对其做变形,得到

\(tan(\alpha+\beta)\cdot (1-tan\alpha\cdot tan\beta)=tan\alpha+tan\beta\)

如果将其放置到斜三角形指锐角三角形和钝角三角形。和直角三角形并列。中,即能保证 \(A,B,C\neq \cfrac{\pi}{2}\)

则有\(tan(A+B)\cdot (1-tanA\cdot tanB)=tanA+tanB\)

在三角形中,由\(A+B+C=\pi\)可知\(A+B=\pi-C\)

则有\(tan(A+B)=-tanC\),代入上式即得到,

\[-tanC\cdot (1-tanA\cdot tanB)=tanA+tanB \]

整理后得到,$$tanA+tanB+tanC=tanA\cdot tanB \cdot tanC$$