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垂心余弦定理證明
如右圖，在ABC中，三內(nèi)角A、B、C所對(duì)的邊分別是a、b、c . 以A為原點(diǎn)，AC所在的直線為x軸建立直角坐標(biāo)系，于是C點(diǎn)坐標(biāo)是(b，0)，由三角函數(shù)的定義得B點(diǎn)坐標(biāo)是(ccosA，csinA) . ∴CB = (ccosA-b，csinA).
現(xiàn)將CB平移到起點(diǎn)為原點(diǎn)A，則AD = CB .
而 |AD| = |CB| = a ，∠DAC = π-∠BCA = π-C ，
根據(jù)三角函數(shù)的定義知D點(diǎn)坐標(biāo)是 (acos(π-C)，asin(π-C))
即 D點(diǎn)坐標(biāo)是(-acosC，asinC),
∴ AD = (-acosC，asinC) 而 AD = CB
∴ (-acosC，asinC) = (ccosA-b，csinA)
∴ asinC = csinA …………①
-acosC = ccosA-b ……②
由①得 asinA = csinC ，同理可證 asinA = bsinB ，
∴ asinA = bsinB = csinC .
由②得 acosC = b-ccosA ，平方得：
a2cos2C = b2-2bccosA + c2cos2A ，
即 a2-a2sin2C = b2-2bccosA + c2-c2sin2A .
而由①可得 a2sin2C = c2sin2A
∴ a2 = b2 + c2-2bccosA .
同理可證 b2 = a2 + c2-2accosB ，
c2 = a2 + b2-2abcosC .
到此正弦定理和余弦定理證明完畢。
2
正、余弦定理是解三角形強(qiáng)有力的工具，關(guān)于這兩個(gè)定理有好幾種不同的證明方法.人教A版教材《數(shù)學(xué)》(必修5)是用向量的數(shù)量積給出證明的，如是在證明正弦定理時(shí)用到作輔助單位向量并對(duì)向量的等式作同一向量的數(shù)量積，這種構(gòu)思方法過于獨(dú)特，不易被初學(xué)者接受.本文試圖通過運(yùn)用多種方法證明正、余弦定理從而進(jìn)一步理解正、余弦定理，進(jìn)一步體會(huì)向量的巧妙應(yīng)用和數(shù)學(xué)中“數(shù)”與“形”的完美結(jié)合.
定理：在△ABC中，AB=c,AC=b,BC=a,則
(1)(正弦定理) = = ;
(2)(余弦定理)
c2=a2+b2-2abcos C,
b2=a2+c2-2accos B,
a2=b2+c2-2bccos A.
一、正弦定理的證明
證法一：如圖1，設(shè)AD、BE、CF分別是△ABC的三條高。則有
AD=b•sin∠BCA，
BE=c•sin∠CAB，
CF=a•sin∠ABC。
所以S△ABC=a•b•csin∠BCA
=b•c•sin∠CAB
=c•a•sin∠ABC.
證法二：如圖1，設(shè)AD、BE、CF分別是△ABC的3條高。則有
AD=b•sin∠BCA=c•sin∠ABC，
BE=a•sin∠BCA=c•sin∠CAB。
證法三：如圖2，設(shè)CD=2r是△ABC的外接圓
的直徑，則∠DAC=90°，∠ABC=∠ADC。
證法四：如圖3，設(shè)單位向量j與向量AC垂直。
因?yàn)锳B=AC+CB，
所以j•AB=j•(AC+CB)=j•AC+j•CB.
因?yàn)閖•AC=0，
j•CB=| j ||CB|cos(90°-∠C)=a•sinC，
j•AB=| j ||AB|cos(90°-∠A)=c•sinA .
二、余弦定理的證明
法一：在△ABC中，已知 ，求c。
過A作 ，
在Rt 中， ，
法二：
，即：
法三：
先證明如下等式：
⑴
證明：
故⑴式成立，再由正弦定理變形，得
結(jié)合⑴、 有
即 .
同理可證
.
三、正余弦定理的統(tǒng)一證明
法一：證明：建立如下圖所示的直角坐標(biāo)系，則A=(0，0)、B=(c,0)，又由任意角三角函數(shù)的定義可得：C=(bcos A,bsin A)，以AB、BC為鄰邊作平行四邊形ABCC′，則∠BAC′=π-∠B，
∴C′(acos(π-B),asin(π-B))=C′(-acos B,asin B).
根據(jù)向量的運(yùn)算：
=(-acos B,asin B)，
= - =(bcos A-c,bsin A),
(1)由 = ：得
asin B=bsin A,即
= .
同理可得： = .
∴ = = .
(2)由 =(b-cos A-c)2+(bsin A)2=b2+c2-2bccos A，
又| |=a,
∴a2=b2+c2-2bccos A.
同理：
c2=a2+b2-2abcos C;
b2=a2+c2-2accos B.
法二：如圖5，
,設(shè) 軸、 軸方向上的單位向量分別為 、 ，將上式的兩邊分別與 、 作數(shù)量積，可知
，
即
將(1)式改寫為
化簡(jiǎn)得b2-a2-c2=-2accos B.
即b2=a2+c2-2accos B.(4)
這里(1)為射影定理，(2)為正弦定理，(4)為余弦定理.
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