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18三角函数★★★☆☆
如图,在平面四边形 ABCDABCD 中,AD=1AD = 1,CD=2CD = 2,AC=7AC = \sqrt{7}.
(1) 求 cos⁡∠CAD\cos \angle CAD 的值; (2) 若 cos⁡∠BAD=−714\cos\angle BAD = -\frac{\sqrt{7}}{14},sin⁡∠CBA=216\sin\angle CBA = \frac{\sqrt{21}}{6},求 BCBC 的长.
\begin{solution} 在三角形 ACDACD 中,由余弦定理得
CD2=AC2+AD2−2AC⋅ADcos⁡∠CADCD^2=AC^2+AD^2-2AC\cdot AD\cos\angle CAD
代入已知数据,得到
4=7+1−27cos⁡∠CAD4=7+1-2\sqrt7\cos\angle CAD
所以
cos⁡∠CAD=277\cos\angle CAD=\frac{2\sqrt7}{7}
设 α=∠BAD\alpha=\angle BAD,β=∠CAD\beta=\angle CAD. 由已知条件及角的范围, sin⁡α=1−(−714)2=32114\sin\alpha=\sqrt{1-\left(-\frac{\sqrt7}{14}\right)^2}=\frac{3\sqrt{21}}{14},sin⁡β=1−(277)2=217\sin\beta=\sqrt{1-\left(\frac{2\sqrt7}{7}\right)^2}=\frac{\sqrt{21}}{7}. 由图中射线 ACAC 位于 ∠BAD\angle BAD 内,∠BAC=α−β\angle BAC=\alpha-\beta,故
sin⁡∠BAC=sin⁡(α−β)=sin⁡αcos⁡β−cos⁡αsin⁡β=32114⋅277−(−714)⋅217=32\sin\angle BAC =\sin(\alpha-\beta) =\sin\alpha\cos\beta-\cos\alpha\sin\beta =\frac{3\sqrt{21}}{14}\cdot\frac{2\sqrt7}{7} -\left(-\frac{\sqrt7}{14}\right)\cdot\frac{\sqrt{21}}{7} =\frac{\sqrt3}{2}
在三角形 ABCABC 中使用正弦定理,得
BCsin⁡∠BAC=ACsin⁡∠CBA\frac{BC}{\sin\angle BAC}=\frac{AC}{\sin\angle CBA}
从而
BC=7⋅32216=3BC=\frac{\sqrt7\cdot\frac{\sqrt3}{2}}{\frac{\sqrt{21}}{6}}=3
\end{solution}

2014 · 湖南 · 理 · 第 18 题 · 解答题

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