“余弦定理”教学设计
“余弦定理”教学设计
射阳县教育局教研室 王克亮
教学目标:(1)掌握余弦定理,并能解决一些简单的度量问题.
(2)初步运用余弦定理解决一些与测量和几何计算有关的实际问题. (3)经历余弦定理的发现与验证过程,增强学生的理性思维能力. 教学重点:余弦定理的发现与运用. 教学难点:余弦定理的证明.
课前准备:(1)自制一个如图所示的道具.
(2)课前,教者在黑板上画好如图所示的三个三角形.
固定联结点
A
塑料棒1
细绳
可动联结点
可转动点 塑料棒2
道具
b B B
B
A
教学过程:
一、情境创设 提出问题
[1]情境引入
师:首先请看两个实际问题:
情境1 A,B两地之间隔着一座小山,现要测量A、B之间即将修建的一条直的隧道的长度.另选一个点C,可以测得的数据有:AC?182m,BC?126m,?ACB?630,如何求A、B两地之间隧道的长度(精确到1m).
A
B
B D
C E
A
情境2 一位工人欲做一个三角形的支架.已知杆BC的长度为6分米,DAE是由一根直的钢管沿着点A弯折而成.若弯折点A与焊接点B,C的距离分别为4分米和5分米,欲弯折后杆BC恰好能与两焊接点相接,则弯折后∠BAC的大小是多少(精确到0.1度)?
[2]提出问题
师:显然,这两个都是解三角形的问题.其中,情境1的实质是知道了三角形的两边与其夹角,求第三边的长度；而情境2的实质就是已知三角形的三条边,要求其一个内角的大小.
请问:(1)这两个问题能用正弦定理来解决吗? 生:不能.
(2)那么,这两个问题之间有联系吗? 生:互逆.
师:对,在解法上是互逆的.,所以本节课我们将要探究的核心问题是:在已知三角形两条边的前提下,其夹角的大小与第三条边的长度之间有着怎样的关系?这正是余弦定理所揭示的规律----引入课题.
二、问题探究 知识建构
问题1 在?ABC中,已知CB?a,CA?b(其中a?b),当?C从小到大变化时,AB的长度的变化趋势如何?
师:(学生思考了一会儿后)我们可以用一个简单的实验看一下. (课上,利用课前制作道具做一下演示实验.) 生: AB的长度随着?C的增大而增大.
师:这是一个定性的结论.那么对于定量的研究,一个常用的思维策略是特殊化. 取C=90?是最容易想到的；另外,虽然角C不能取0?与180?,但它可以无限接近这两个角,所以不妨再考察一下这两种情形.
续问: 若将?C的范围扩大到[00,1800],特别地:当?C?00,?C?900,?C?1800这三种特殊情形时,AB的长度分别是多少?
生:当?C?00时,AB?a?b；当?C?900时
,AB?；当?C?1800
时,AB?a?b.
师:我们不妨把这三个结论在形式上写得更接近些,即
:
当?C?00时,AB?当?C?900时,AB?当?C?1800时,AB?B
A
问题2 请你根据上述三个特例的结果,试猜想:当?C??(00???1800)时,线段AB的长度是多少?
(在学生独立思考的基础上,小组讨论交流后请学生回答) 生
:AB?问题3 你能验证该猜想吗?请试一试.
(课上,利用课前画好的三张图进行讨论.先让学生独立思考一会儿,然后根据学生回答的情况进行讲解,至少讨论下列前两种方法.)
方法一:
证: (1)当?C??为锐角时,过点A作AD?BC于D.
则AB2?BD2?AD2?(a?bcos?)2?(bsin?)2=a2?b2?2abcos?.
D
B
A
(2)当?C??为直角时,结论显然成立.
(3)当?C??为钝角时, 过点A作AD?BC交BC的延长线于D. 则AB?BD?AD?(a?bcos(???))?(bsin(???))
?(a?bcos?)?(bsin?)=a?b?2abcos?.
D
2
2
2
2
2
2
2
A
b
22
C
a
B
综上所述,
均有AB?故猜想成立.
师:这种思路是构造直角三角形,利用勾股定理来计算AB的长,但要注意这里要分三种情况讨论.
方法二:
????????????????2????????2
证:因为AB?AC?CB,所以AB?(AC?CB)
????2????2????????
?AC?CB?2AC?CB?a2?b2?2abcos(???)?a2?b2?2abcos?,
B
A
即AB?故猜想成立.
师:这种方法的思路是构造向量,借助向量的运算来证题.将向量等式转化数量等式常用的手段是作数量积.
方法三:
证:以C为坐标原点,CB所在直线为x轴,建立平面直角坐标系.
????
则B(a,0),A(bcos?,bsin?),则BA?(bcos??a,bsin?),所以
????2
|AB|?(bcos??a)2?(bsin??0)2=a2?b2?2abcos?,
????
即AB?|AB|?故猜想成立.
师:这种思路是建立平面直角坐标系,借助于坐标运算来证题.利用坐标法的优点在于不必分类讨论了且运算简单.
当然,我们还可以从其它途径来验证这一猜想,这里就不再讨论了,有兴趣的同学课后我们可以作些交流.
问题4 在三角形中,如何用符号语言与文字语言表示出上述结论? (提示:根式的表示形式不如平方的形式来得美观.)
c2?a2?b2?2abcosC,
生:符号语言:在△ABC中,有a2?b2?c2?2bccosA,
b2?a2?c2?2accosB.
文字语言:三角形任何一边的平方等于其他两边平方的和减去这两边与它们夹角的余弦的积的两倍.
师:很好!这一结论我们称之为余弦定理,上述三个公式是余弦定理的一种表现形式. 问题5 如何根据三角形三条边的长度来求其内角的大小呢?
a2?b2?c2b2?c2?a2a2?c2?b2
生:将上述结论变形为: cosC?,cosA?,cosB?.
2ab2bc2ac
师:这是余弦定理的另一种表现形式.对于余弦定理的这两种形式,我们在解题中应该灵活地加以选用.
感悟:(1)在第一组式子中,当C=90°时,即有c2?a2?b2.所以,勾股定理是余弦定理 的特殊情形,余弦定理可以看做是勾股定理的推广.
(2)在第二组式子中,我们考察式子左右两边的符号,不难发现:
在△ABC中,C为锐角?a2?b2?c2;C为直角?a2?b2?c2;C为钝角?a2?b2?c2. 师:也就是说,在三角形中,要判断一个内角是什么角,只要看它的对边的平方与其它两边平方的和的大小.
三、数学应用 深化理解
例1 在△ABC中,已知b=3,c=1,A=60°,求a.
解析:由余弦定理,得a2?b2?c2?2bccosA?32?12?2?3?1?cos600?7,
所以a?问:在此条件下,其它元素可求吗?
反思:(1)利用余弦定理,可以解决“已知两边和它们的夹角,求第三边和其他两个角”的问题.
(2)用余弦定理求边的长度时,切记最后的结果要开平方. 师: 情境1就是这种类型的问题,我们也不妨看一下解答.
情境1:A,B两地之间隔着一座小山,现要测量A、B之间即将修建的一条隧道的长度.另选一个点C,可以测得的数据有:AC=182m,BC=126m,∠ACB=63°,如何求A,B两地之间隧道的长度(精确到1m).
解析: 在?ABC中,因为AC?182m,BC?126m,?ACB?630,则由余弦定理,得
AB2?AC2?BC2?2AC?BCcos?ACB?1822?1262?2?182?126cos630 ?1822?1262?2?182?126?0.454?28177.15,
所以AB?168m.
答:A，B两地之间隧道的长度约为168m. 例2 在?ABC中,已知a=7,b=5,c=3,求A.
b2?c2?a252?32?721
解析:由余弦定理,得cosA????,
2bc2?5?32
所以A=120°.
问:在此条件下,其它两个角可求吗? 众生:可求.
反思: (1)利用余弦定理,可以解决“已知三边,求三个角”的问题. 师:情境2就是这种类型的问题,我们不妨看一下解答.
情境2: 一位工人欲做一个三角形的支架.已知杆BC的长度为6分米,DAE是由一根直的钢管沿着点A弯折而成.若弯折点A与焊接点B,C的距离分别为4分米和5分米,欲弯折后杆BC恰好能与两焊接点相接,则弯折后∠BAC的大小是多少(精确到0.1度)?
解析:在?ABC中,因为c?4,b?5,a?6,则由余弦定理,得
b2?c2?a252?42?62
cosA???0.125,,所以A?82.80；
2bc2?5?4
A
E
答:弯折后,?BAC?82.80.
D
反思:(2)利用余弦定理解决实际问题,解题的关键是建立出相应的三角形的模型.同时,要注意最后结果的精确度的要求.
变式:(1)在△ABC中,已知a2+b2+ab=c2,求角C的大小.
a2?b2?c2?ab11222222
???,即cosC??, 解析:由a+b+ab=c,得a?b?c??ab,则
2ab2ab22
所以C?1200.
反思:(3)在解三角形时,由边的条件式求角时,别忘了余弦定理；同时要注重余弦定理的逆用.
变式:(2)若三条线段的长分别为5,6,7,则用这三条线段( ). A.能组成直角三角形 B.能组成锐角三角形
C.能组成钝角三角形 D.不能组成三角形
解析:首先因为两条小边之和大于第三边,所以能够组成三角形；接着,只要看最大的角是什么角.因为52?62?72,所以最大角为锐角,故这三条线段能组成锐角三角形.
思考:(1)若用长为5,6,x的三条线段构成的三角形是钝角三角形,则正数x的取值范围 是________.
(2)在?ABC中,已知a +c =2b,求证:B≤45°.
?x?6?x?6??
解析:(1)由?x?5?6或?5?x?6,
?x?11或1?x??x2?52?62?62?x2?52??
(2)要证: B≤60°,只要证:cosB?
1c?a?b1???22ca21
所以cosB?,故B≤60°.
2
2
2
2
1. 2
c2?a2?(
而cosB?
c?a2
)
13c2?3a2?6ca3(c?a)2??0, ?=
8ca8ca2ca2
四、思维提升 巩固拓展
[1]课堂小结
数学知识----本节课新学的数学知识只有余弦定理.余弦定理与正弦定理是三角形中的两朵奇葩,从形式上看,两者都具有“美观”的外形,余弦定理虽有多个表达式,但它们之间具有可以轮换的对称美；从本质上看,两者都揭示了三角形中边与角之间“美妙”的内在联系.
在解三角形的问题中,“已知三个元素”包括了“三条边,两角一边,两边一角”这三种情况,前面学习的正弦定理能够解决已知“两角与任一边” 以及“两边与其中一边的对角”这两类问题；今天学习的余弦定理又能够解决已知“三边” 以及“两边及其夹角”的这两类问题.这样,对于一般的解三角形问题,我们就都能找到解决的办法了.当然,对于一些较为复杂的三角形问题,往往还要把这两个定理联合起来解决问题.
思维启迪----从本节课的讨论与研究中,我们获得了以下的一些思维启迪:
(1)本节课上,对于余弦定理的发现,我们是从三个特例开始的,这遵循了“从特殊到一般”的思维策略.
(2)在三个特例的基础上,我们进行了大胆的猜想,所以合理运用数学猜想等合情推理手段,是我们进行数学发现的一个重要途径.
(3)另外,在验证余弦定理时,我们运用到了几何、三角、向量等多个知识领域,所以我们要注重不同知识内容之间的融会贯通.
[2]作业布置
必做作业:教材第16页习题1.2第1,2,3,4题. 选做作业:教材第16页习题1.2第12题.
课后探究: (1) 思考:若用长为5,6,x的三条线段构成的三角形是钝角三角形,则正数x的取值范围是________.
(2)在?ABC中,已知a +c =2b,求证:B≤45°.
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