如图,
A,
B,
C,
D 为平面四边形
ABCD 的四个内角.
(1) 证明:
tan2A=sinA1−cosA;
(2) 若
A+C=180∘,
AB=6,
BC=3,
CD=4,
AD=5, 求
tan2A+tan2B+tan2C+tan2D 的值.
\begin{solution}
\begin{enumerate}
\item 因为
A 是四边形的内角,所以
0<A<π,从而
sinA>0. 利用平方差公式,
sinA1−cosA=sinA(1+cosA)(1−cosA)(1+cosA)=sinA(1+cosA)sin2A=1+cosAsinA=tan2A
\item 由
A+C=180∘,四边形
ABCD 为圆内接四边形,且
B+D=180∘. 令其面积为
K,半周长为
s,则
s=26+3+4+5=9. 由布拉马古普塔公式,
K=(s−6)(s−3)(s−4)(s−5)=3⋅6⋅5⋅4=610
沿对角线分割四边形,并利用
sinC=sinA,得
K=21⋅6⋅5sinA+21⋅3⋅4sinC=21sinA
所以
sinA=7210. 同理,利用
sinD=sinB,得
K=21⋅6⋅3sinB+21⋅5⋅4sinD=19sinB
所以
sinB=19610.
又
tan2C=cot2A,
tan2D=cot2B,而
tan2t+cot2t=sint2. 因而所求为
sinA2+sinB2=107+31019=3410
\end{enumerate}
\end{solution}