三角形取值范圍問題常與解三角形、三角函數(shù)、平面幾何、解析幾何、向量、不等式等知識結(jié)合.因而解答三角形取值范圍問題,可以從多個角度切入,尋找多種不同的解題思路.接下來,通過一道典型例題,探討一下解答三角形取值范圍問題的方法、技巧.
例題:在[△ABC]中,角[A,B,C]的對應(yīng)邊分別為[a, b, c],如果[A=π3],[a=1],求[b+c]的取值范圍.
該題較為簡單,題目中只給了三角形的一個內(nèi)角的大小和對應(yīng)邊的長度,三角形的另外兩條邊和另外兩個角的大小都是未知的.我們需要深入挖掘的隱含信息,尋找更多的解題依據(jù),如三角形中兩邊之和大于第三邊,即[b+cgt;1],[A+B+C=π],即[B+C=2π3],并利用正余弦定理來建立b、c之間的關(guān)系式,根據(jù)目標(biāo)式的結(jié)構(gòu)特征尋找解題的思路.解答本題主要有以下兩種思路.
一、利用基本不等式
基本不等式:若[a]、[bgt;0],則[a+b≥2ab],當(dāng)且僅當(dāng)時等號成立.在解答三角形取值范圍問題時,需先根據(jù)已知條件,靈活運用正弦定理[asinA=bsinB=csinC=2R]、余弦定理[cosA=b2+c2-a22bc];進(jìn)行邊角互化,使得目標(biāo)式中只含有邊或角的式子;然后根據(jù)目標(biāo)式的結(jié)構(gòu)特征,將其配湊為兩式的和或積,并使其中之一為定值,即可運用基本不等式求得目標(biāo)式的最值.常用的配湊技巧有:湊系數(shù)、添減常數(shù)項、湊分母、進(jìn)行“1”的代換等.
解:由余弦定理可得:[a2=b2+c2-2bccosA],
由于[A=π3],[a=1],所以[1=b2+c2-bc],
可得[(b+c)2-3bc=1],化簡得[bc=(b+c)2-13],
由基本不等式得:[bc=(b+c)2-13≤b+c22],
當(dāng)且僅當(dāng)[b=c]時等號成立,
令[b+c=t(tgt;0)],則[t2-13≤t22],
解得:[0lt;t≤2],即[b+c≤2],
由于在三角形中兩邊之和大于第三邊,
所以[b+cgt;a=1],即[1lt;t≤2],
綜上可得,[b+c]的取值范圍為[(1,2]].
解答本題主要運用了基本不等式的變形式[bc≤b+c22],從而求得b+c的最大值.在求代數(shù)式的最值或取值范圍時,經(jīng)常用到基本不等式的變形式:(1)若[a]、[b∈R],則[a2+b2≥2ab],當(dāng)且僅當(dāng)[a=b]時等號成立;(2)若[a]、[bgt;0],則[a+b≥2ab],當(dāng)且僅當(dāng)[a=b]時等號成立;(3)若[a]、[bgt;0],則[21a+1b≤ab≤a+b2≤a2+b22],當(dāng)且僅當(dāng)[a=b]時等號成立;(4)若[a]、[b]、[cgt;0],則[a+b+c3≥abc3],當(dāng)且僅當(dāng)[a=b=c]時等號成立.
二、利用三角函數(shù)的性質(zhì)
有時題目中告知的角的關(guān)系較多,我們就可以利用正余弦定理將邊化為角,把目標(biāo)式用角的三角函數(shù)表示出來,這樣就將問題轉(zhuǎn)化為三角函數(shù)的最值問題,利用三角函數(shù)中的兩角和差公式、輔助角公式、誘導(dǎo)公式等進(jìn)行三角恒等變換,使目標(biāo)式變?yōu)橹缓幸粋€角、一種函數(shù)名稱的式子,即可根據(jù)正弦、余弦函數(shù)的有界性和單調(diào)性來解題.在求目標(biāo)式的取值范圍時,要深入挖掘角的隱含條件,根據(jù)已知條件和隱含條件來縮小角的范圍,以得到正確的答案.
解:由正弦定理得[asinA=bsinB=1sinπ3=233],
于是[b+c=233sinB+233sinC=233(sinB+sinC)],
因為[A=π3],所以[B+C=2π3],則[C=2π3-B],
因為[B∈(0,2π3)],則[B+π6∈π6,5π6],
于是[b+c=233(sinB+sinC)]
[=233sinB+sin2π3-B=2sinB+π6∈(1,2]],
所以[b+c]的取值范圍為[(1,2]].
先運用正弦定理將邊化為角,然后將目標(biāo)式用角B的正余弦函數(shù)式表示出來,并通過三角恒等變換將其化為[2sin (B+π6)],便可直接根據(jù)正弦函數(shù)的有界性和單調(diào)性求得問題的答案.
在解答三角形取值范圍問題時,同學(xué)們要學(xué)會運用發(fā)散思維,將數(shù)學(xué)中的各個知識點融會貫通起來,形成知識網(wǎng),這樣在解題時便能快速找到多種不同的解題思路.
(作者單位:江蘇省沭陽如東中學(xué))