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Trigonometry · real student question

一个三角形中 α = 36 度,γ = 50 度,夹在这两个角之间的边 b = 78.2。求该三角形的面积,精确到十分位。

Question

在一个三角形中,α=36∘\alpha=36^\circ,γ=50∘\gamma=50^\circ,边 b=78.2b=78.2 夹在这两个角之间。

求该三角形的面积,精确到十分位。

Step-by-step solution

  1. 先求第三个角——不先把它求出来,后面什么都做不了。 三角形内角和为 180∘180^\circ:

    β=180∘−α−γ=180∘−36∘−50∘=94∘\beta=180^\circ-\alpha-\gamma=180^\circ-36^\circ-50^\circ=94^\circ

    因为 β\beta 是钝角,所以与 β\beta 相对的边 bb 是三角形中最长的边——这是对后面数字的一个有用的直觉检验。

  2. 认清结构:已知边夹在两个已知角之间(ASA)。 按标准记法,边 bb 与角 β\beta 相对,因此在 α\alpha 和 γ\gamma 已知的情况下,bb 正是夹边。此时三个角和一条边都定下来了,三角形随之唯一确定,不存在多解讨论(那只在 SSA 的情形才会出现)。

  3. 由正弦定理推出面积公式。 面积为 K=12acsin⁡βK=\tfrac12ac\sin\beta,而正弦定理可以把两条未知边都用 bb 表示出来:

    a=bsin⁡αsin⁡β,c=bsin⁡γsin⁡βa=\frac{b\sin\alpha}{\sin\beta},\qquad c=\frac{b\sin\gamma}{\sin\beta}

    代入得

    K=12⋅bsin⁡αsin⁡β⋅bsin⁡γsin⁡β⋅sin⁡β=b2sin⁡αsin⁡γ2sin⁡βK=\frac12\cdot\frac{b\sin\alpha}{\sin\beta}\cdot\frac{b\sin\gamma}{\sin\beta}\cdot\sin\beta=\frac{b^2\sin\alpha\sin\gamma}{2\sin\beta}

    用这一个公式一步算到底,就不必对中间的边长取近似——两步法通常正是在那里丢掉零点几。

  4. 代入数值。 由 b2=78.22=6115.24b^2=78.2^2=6115.24,以及(取七位小数)

    sin⁡36∘=0.5877853,sin⁡50∘=0.7660444,sin⁡94∘=0.9975641\sin36^\circ=0.5877853,\quad \sin50^\circ=0.7660444,\quad \sin94^\circ=0.9975641

    分子与分母分别为

    6115.24×0.5877853×0.7660444=2753.5068,2×0.9975641=1.99512816115.24\times0.5877853\times0.7660444=2753.5068,\qquad 2\times0.9975641=1.9951281

  5. 相除并取近似。

    K=2753.50681.9951281=1380.1153…≈1380.1K=\frac{2753.5068}{1.9951281}=1380.1153\ldots\approx1380.1

    注意小数点后的数字:未舍入的值是 1380.1151380.115,所以应当向下舍到 1380.11380.1。如果正弦值只取四位小数,会算成 1380.21380.2,四舍五入的结果就错了。

  6. 用完全不同的方法交叉验证。 解出两条边:a=bsin⁡α/sin⁡β=46.0770a=b\sin\alpha/\sin\beta=46.0770,c=bsin⁡γ/sin⁡β=60.0510c=b\sin\gamma/\sin\beta=60.0510。于是 K=12acsin⁡94∘=1380.1153K=\tfrac12ac\sin94^\circ=1380.1153;再用海伦公式,取 s=a+b+c2=92.1640s=\tfrac{a+b+c}{2}=92.1640,同样得到 1380.11531380.1153。三条互相独立的路径在小数点后四位上一致,答案就可以定下来了。

Answer

K=b2sin⁡αsin⁡γ2sin⁡β≈1380.1K=\frac{b^2\sin\alpha\sin\gamma}{2\sin\beta}\approx1380.1

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