Математика9 класс

Теорема косинусов и теорема синусов: формулировка, доказательство и решение треугольников

10
теорема косинусовтеорема синусовматематика9 класс

Теорема косинусов и теорема синусов: формулировка, доказательство и решение треугольников

В геометрии треугольников часто требуются различные теоремы для решения задач. Две из самых важных теорем в этой области — теорема косинусов и теорема синусов. В этой статье мы подробно рассмотрим каждую из теорем, их формулировку, доказательство и применение для решения задач на нахождение сторон и углов треугольника.

Теорема синусов

Формулировка теоремы

Теорема синусов утверждает следующее: в любом треугольнике отношение длины стороны к синусу противолежащего угла является постоянной величиной. То есть, если у нас есть треугольник ABC, то:

asinA=bsinB=csinC\frac{a}{\sin A} = \frac{b}{\sin B} = \frac{c}{\sin C}

где:

  • aa, bb, cc — длины сторон треугольника,
  • AA, BB, CC — углы, противолежащие этим сторонам.

Доказательство теоремы

Доказательство теоремы синусов можно провести с помощью высот треугольника и свойств прямоугольных треугольников.

  1. Обозначим высоту, опущенную из вершины A на сторону BC, как hAh_A.
  2. Тогда hA=bsinAh_A = b \sin A и hA=csinCh_A = c \sin C.
  3. Из этих двух равенств получаем: bsinA=csinCb \sin A = c \sin C
  4. Разделим обе части на sinAsinC\sin A \cdot \sin C: bsinC=csinA\frac{b}{\sin C} = \frac{c}{\sin A}
  5. Аналогичным образом можно доказать, что: asinA=bsinB=csinC\frac{a}{\sin A} = \frac{b}{\sin B} = \frac{c}{\sin C}

Пример применения теоремы синусов

Задача: В треугольнике ABC угол A равен 30°, угол B равен 45°, а сторона a равна 10 см. Найдите сторону b.

Шаги решения:

  1. Найдем угол C: C=180°AB=180°30°45°=105°C = 180° - A - B = 180° - 30° - 45° = 105°
  2. Применим теорему синусов: asinA=bsinB\frac{a}{\sin A} = \frac{b}{\sin B}
  3. Подставим известные значения: 10sin30°=bsin45°\frac{10}{\sin 30°} = \frac{b}{\sin 45°}
  4. Зная, что sin30°=0.5\sin 30° = 0.5 и sin45°0.7071\sin 45° \approx 0.7071, получаем: 100.5=b0.7071\frac{10}{0.5} = \frac{b}{0.7071}
  5. Упростим: 20=b0.707120 = \frac{b}{0.7071}, следовательно, b=200.707114.14b = 20 \cdot 0.7071 \approx 14.14 см.

Таким образом, длина стороны b составляет примерно 14.14 см.

Теорема косинусов

Формулировка теоремы

Теорема косинусов позволяет находить длины сторон треугольника, если известны две стороны и угол между ними. Она формулируется так:

c2=a2+b22abcosCc^2 = a^2 + b^2 - 2ab \cdot \cos C

где:

  • aa, bb, cc — длины сторон треугольника,
  • CC — угол между сторонами aa и bb.

Доказательство теоремы

Доказательство теоремы косинусов можно также провести с использованием прямоугольных треугольников:

  1. Рассмотрим треугольник ABC и опустим перпендикуляр из точки B на сторону AC. Обозначим точку пересечения как D.
  2. Тогда длина стороны ADAD равна bcosCb \cos C, а CDCD равна abcosCa - b \cos C.
  3. По теореме Пифагора в треугольнике ABD: AB2=AD2+BD2AB^2 = AD^2 + BD^2
  4. Подставляем значения: c2=(bcosC)2+BD2c^2 = (b \cos C)^2 + BD^2
  5. Таким образом, BD2=b2(bcosC)2=b2(1cos2C)=b2sin2CBD^2 = b^2 - (b \cos C)^2 = b^2 (1 - \cos^2 C) = b^2 \sin^2 C.
  6. Тогда: c2=b2cos2C+b2sin2C=b2c^2 = b^2 \cos^2 C + b^2 \sin^2 C = b^2
  7. Итак, мы получили: c2=a2+b22abcosCc^2 = a^2 + b^2 - 2ab \cdot \cos C

Пример применения теоремы косинусов

Задача: В треугольнике ABC известны стороны a = 7 см, b = 10 см и угол C = 60°. Найдите сторону c.

Шаги решения:

  1. Применим теорему косинусов: c2=a2+b22abcosCc^2 = a^2 + b^2 - 2ab \cdot \cos C
  2. Подставим известные значения: c2=72+1022710cos60°c^2 = 7^2 + 10^2 - 2 \cdot 7 \cdot 10 \cdot \cos 60°
  3. Зная, что cos60°=0.5\cos 60° = 0.5, получаем: c2=49+100700.5c^2 = 49 + 100 - 70 \cdot 0.5
  4. Упрощаем: c2=14935=114c^2 = 149 - 35 = 114
  5. Найдем c: c=11410.68c = \sqrt{114} \approx 10.68

Таким образом, длина стороны c составляет примерно 10.68 см.

Заключение

В этой статье мы подробно рассмотрели теоремы синусов и косинусов, их формулировки и доказательства. Эти теоремы являются важными инструментами для решения задач на треугольники в 9 классе. Теперь вы можете смело использовать их для нахождения сторон и углов треугольников.

Чтобы углубить свои знания и практические навыки, попробуйте бесплатно AI-помощника Учитель Рядом!

Нужна помощь с домашним заданием?

Попробуйте AI-помощника! Он объяснит любую тему простым языком и поможет разобраться в сложных заданиях.

Попробуйте AI-помощника