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18三角函数★★★★☆
在 △ABC\triangle ABC 中,内角 AA,BB,CC 的对边分别为 aa,bb,cc,且 a2=b2+c2+3bca^2 = b^2 + c^2 + \sqrt{3}bc.
(1) 求 AA; (2) 设 a=3a = \sqrt{3},SS 为 △ABC\triangle ABC 的面积,求 S+3cos⁡Bcos⁡CS + 3\cos B\cos C 的最大值. 并指出此时 BB 的值.
\begin{solution} \begin{enumerate} \item 由余弦定理
a2=b2+c2−2bccos⁡Aa^2=b^2+c^2-2bc\cos A
与题设比较可得 −2bccos⁡A=3bc-2bc\cos A=\sqrt3bc,cos⁡A=−32\cos A=-\frac{\sqrt3}{2}. 因为 0<A<π0<A<\pi,所以
A=5π6A=\frac{5\pi}{6}
\item 由三角形内角和
B+C=π−A=π6B+C=\pi-A=\frac\pi6
又由正弦定理及 a=3a=\sqrt3、sin⁡A=12\sin A=\frac12,有 b=23sin⁡Bb=2\sqrt3\sin B,c=23sin⁡Cc=2\sqrt3\sin C. 令 t=B−Ct=B-C,则 −π6<t<π6-\frac\pi6<t<\frac\pi6,并且
sin⁡Bsin⁡C=cos⁡t−cos⁡(B+C)2=cos⁡t−322\sin B\sin C=\frac{\cos t-\cos(B+C)}2 =\frac{\cos t-\frac{\sqrt3}{2}}2
cos⁡Bcos⁡C=cos⁡t+cos⁡(B+C)2=cos⁡t+322\cos B\cos C=\frac{\cos t+\cos(B+C)}2 =\frac{\cos t+\frac{\sqrt3}{2}}2
三角形面积为
S=12bcsin⁡A=14bc=3sin⁡Bsin⁡CS=\frac12bc\sin A =\frac14bc =3\sin B\sin C
所以
S+3cos⁡Bcos⁡C=3sin⁡Bsin⁡C+3cos⁡Bcos⁡C=3cos⁡(B−C)=3cos⁡t⩽3S+3\cos B\cos C =3\sin B\sin C+3\cos B\cos C =3\cos(B-C)=3\cos t\leqslant3
当且仅当 t=0t=0,即 B=CB=C 时取等号. 此时
B=C=B+C2=π12B=C=\frac{B+C}{2}=\frac\pi{12}
故最大值为 33,且此时 B=π12B=\frac\pi{12}. \end{enumerate} \end{solution}

2013 · 重庆 · 文 · 第 18 题 · 解答题

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