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Trigonometry · real student question

一個三角形的三邊為 65、65 與 10.75,沒有已知的角。求三個角。

Question

一個三角形已知三邊、沒有任何角:

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

求三個角。

Step-by-step solution

  1. 替 SSS 選對工具。 已知三邊而沒有角時,正弦定理派不上用場 — 它一定要有一組配對好的邊與對角。餘弦定理是唯一的起點:

    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. 善用等腰的對稱性。 有兩邊相等(65=6565=65),所以它們的對角也相等。這表示只要算一次餘弦定理 — 算出小邊 10.7510.75 的對角 CC — 就足以決定全部。

  3. 代入數字。

    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. 取反餘弦。

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

    餘弦值這麼接近 11,正是「非常細長的三角形」在算術上的特徵,而邊長 65,65,10.7565,65,10.75 描述的正是這種形狀。

  5. 由內角和求出兩個底角。

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

  6. 用面積獨立驗算。 用海龍公式,s=70.375s=70.375 時面積 =348.178=348.178。同樣的面積由 12absin⁡C=12(65)(65)sin⁡(9.4867∘)=348.178\tfrac12 ab\sin C=\tfrac12(65)(65)\sin(9.4867^{\circ})=348.178 ✓,而且 9.4867+85.2567+85.2567=180.0001∘9.4867+85.2567+85.2567=180.0001^{\circ},差別只在捨入。

Answer

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

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