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Trigonometry · real student question

一个三角形的三边为 65、65 和 10.75,没有任何已知角,求它的三个内角。

Question

一个三角形的三条边全部已知,但一个角都没有:

a=65,b=65,c=10.75a=65,\qquad b=65,\qquad c=10.75

求它的三个内角。

Step-by-step solution

  1. 先想清楚 SSS 该用什么工具。 三边已知、一个角都没有时,正弦定理是用不了的——它永远需要一组已经配好的边与对角。余弦定理才是唯一的入口:

    c2=a2+b2−2abcos⁡C  ⟹  cos⁡C=a2+b2−c22abc^2=a^2+b^2-2ab\cos C\;\Longrightarrow\;\cos C=\frac{a^2+b^2-c^2}{2ab}

  2. 利用等腰的对称性省一半功夫。 有两条边相等(65=6565=65),所以它们所对的两个角也相等。这样一来,只要用余弦定理算一次——算出与众不同的那条边 10.7510.75 所对的角 CC——整个三角形就定下来了。

  3. 代入数值。

    cos⁡C=652+652−10.7522(65)(65)=4225+4225−115.56258450=8334.43758450=0.98632396\cos C=\frac{65^2+65^2-10.75^2}{2(65)(65)}=\frac{4225+4225-115.5625}{8450}=\frac{8334.4375}{8450}=0.98632396

  4. 取反余弦。

    C=cos⁡−1(0.98632396)=9.4867∘C=\cos^{-1}(0.98632396)=9.4867^{\circ}

    余弦值这么接近 11,正是一个又细又扁的三角形在数值上的特征,而 65,65,10.7565,65,10.75 这组边描述的恰恰就是这样一根「细长条」。

  5. 用内角和补出两个底角。

    A=B=180∘−9.4867∘2=85.2567∘A=B=\frac{180^{\circ}-9.4867^{\circ}}{2}=85.2567^{\circ}

  6. 换一条路用面积独立验算。 取 s=70.375s=70.375 代入海伦公式得面积 =348.178=348.178。另一边 12absin⁡C=12(65)(65)sin⁡(9.4867∘)=348.178\tfrac12 ab\sin C=\tfrac12(65)(65)\sin(9.4867^{\circ})=348.178 ✓,两者吻合;而且 9.4867+85.2567+85.2567=180.0001∘9.4867+85.2567+85.2567=180.0001^{\circ},多出来的那点只是四舍五入。

Answer

C≈9.49∘ (10.75 所对),A=B≈85.26∘C\approx 9.49^{\circ}\ \text{(10.75 所对)},\qquad A=B\approx 85.26^{\circ}

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