Содержание:
Теорема синусов, теорема косинусов:
Теорема синусов
Вы уже знаете, что в треугольнике против большей стороны лежит больший угол, а против большего угла — большая сторона. Пусть
Теорема синусов. Стороны треугольника пропорциональны синусам противолежащих углов. Отношение стороны треугольника к синусу противолежащего угла равно удвоенному радиусу окружности, описанной около треугольника, т. е.
Доказательство:
Пусть дан треугольник АВС, ВС = 
1) Угол 




2) Угол 





3) Для 


Теорема доказана.
Теорема синусов дает возможность решать широкий круг задач.
Так, пропорция 
- зная две стороны треугольника и угол, противолежащий одной из них, найти синус угла, противолежащего другой стороне;
- зная два угла треугольника и сторону, противолежащую одному из этих углов, найти сторону, противолежащую другому углу.
С помощью формулы 
- зная сторону треугольника и противолежащий ей угол, найти радиус окружности, описанной около треугольника;
- зная угол треугольника и радиус описанной окружности, найти сторону треугольника, противолежащую данному углу;
- зная сторону треугольника и радиус его описанной окружности, найти синус угла, противолежащего данной стороне.
Повторение


Пример:
В остроугольном треугольнике известны стороны 


Решение:
По теореме синусов 




Ответ:
Замечание. Если бы по условию треугольник был тупоугольным с тупым углом 



Пример:
Доказать справедливость формулы площади треугольника 

Доказательство:
Воспользуемся известной формулой площади треугольника: 



Замечание. Выведенная формула позволяет найти радиус описанной окружности треугольника
Пример:
Найти радиус R окружности, описанной около равнобедренного треугольника АВС с основанием АС = 10 и боковой стороной ВС =13 (рис. 154).
Решение:
Способ 1. Из формулы 





Тогда
Способ 2. Используем формулу 


Ответ:
Замечание*. Напомним, что в главе II мы находили радиус R описанной окружности равнобедренного треугольника, проводя серединные перпендикуляры к его сторонам и используя подобие полученных прямоугольных треугольников. Также мы могли использовать формулу 



Заменив 



Теорема косинусов
Теорема косинусов позволяет выразить длину любой стороны треугольника через длины двух других его сторон и косинус угла между ними (например, длину стороны 

Теорема косинусов. Квадрат любой стороны треугольника равен сумме квадратов двух других его сторон минус удвоенное произведение этих сторон на косинус угла между ними, т. е.
Доказательство:
Докажем теорему для случая, когда в треугольнике АВС угол А и угол С острые (рис. 166).
Проведем высоту ВН к стороне АС. Из 

Из 
По основному тригонометрическому тождеству
Тогда
Справедливость теоремы для случаев, когда 

Для сторон 
Замечание. Если 



С помощью теоремы косинусов можно решить следующие задачи:
• зная две стороны и угол между ними, найти третью сторону треугольника;
• зная две стороны и угол, противолежащий одной из этих сторон, найти третью сторону (рис. 167) (в этом случае возможны два решения).
Рассмотрим следствия из теоремы косинусов, которые дают возможность решить еще целый ряд задач.
Следствие:
Теорема косинусов позволяет, зная три стороны треугольника, найти его углы (косинусы углов). Из равенства 
Для углов 
Пример:
В треугольнике АВС стороны АВ = 8, ВС = 5, АС = 7. Найдем ZB (рис. 168).
По теореме косинусов
Используя записанную выше формулу, можно сразу получить:
Следствие:
С помощью теоремы косинусов можно по трем сторонам определить вид треугольника: остроугольный, прямоугольный или тупоугольный.
Так, из формулы 

- если
то
и угол
острый;
- если
то
и угол
тупой;
- если
то
и угол
прямой.
При определении вида треугольника достаточно найти знак косинуса угла, лежащего против большей стороны, поскольку только больший угол треугольника может быть прямым или тупым.
Пример:
Выясним, каким является треугольник со сторонами a = 2, 6 = 3 и с = 4. Для этого найдем знак косинуса угла у, лежащего против большей стороны с. Так как 


Сформулируем правило определения вида треугольника (относительно углов). Треугольник является:
- остроугольным, если квадрат его большей стороны меньше суммы квадратов двух других его сторон:
- тупоугольным, если квадрат его большей стороны больше суммы квадратов двух других его сторон:
- прямоугольным, если квадрат его большей стороны равен сумме квадратов двух других его сторон:
Следствие:
Сумма квадратов диагоналей параллелограмма равна сумме квадратов всех его сторон:
Доказательство:
Пусть в параллелограмме ABCD 


Из 


Сложив почленно равенство (1) и равенство (2), получим 
Данная формула дает возможность:
- • зная две соседние стороны и одну из диагоналей параллелограмма, найти другую диагональ;
- • зная две диагонали и одну из сторон параллелограмма, найти соседнюю с ней сторону.
Следствие:
Медиану 
Доказательство:
Рассмотрим 
Проведем отрезки BD и DC. Так как у четырехугольника ABDC диагонали AD и ВС точкой пересечения делятся пополам, то он — параллелограмм. По свойству диагоналей параллелограмма 
Утверждение доказано.
Аналогично:
Формула медианы позволяет:
- зная три стороны треугольника, найти любую из его медиан;
- зная две стороны и медиану, проведенную к третьей стороне, найти третью сторону;
- зная три медианы, найти любую из сторон треугольника.
Пример:
а) Дан треугольник АВС, а = 5, 5 = 3, 
Решение:
а) По теореме косинусов







Ответ: а) 7; б) 3 или 5.
Пример:
Две стороны треугольника равны 6 и 10, его площадь —
Найти третью сторону треугольника при условии, что противолежащий ей угол — тупой.
Решение:
Пусть в 

Поскольку 

Так как 


Ответ: 14.
Пример:
Найти площадь треугольника, две стороны которого равны 6 и 8, а медиана, проведенная к третьей стороне, равна 5.
Решение:
Обозначим стороны треугольника 

По формуле медианы 

Ответ: 24.
Формула Герона
Мы знаем, как найти площадь треугольника по основанию и высоте, проведенной к этому основанию: 

Теорема (формула Герона).
Площадь треугольника со сторонами 


Доказательство:






Тогда
Так как

Решение треугольников
Решением треугольника называется нахождение его неизвестных сторон и углов (иногда других элементов) по данным, определяющим треугольник.
Такая задача часто встречается на практике, например в геодезии, астрономии, строительстве, навигации.
Рассмотрим алгоритмы решения трех задач.
Пример №1 (решение треугольника по двум сторонам и углу между ними).
Дано: 
Найти :
Решение:
Рис. 184
1) По теореме косинусов
2) По следствию из теоремы косинусов
3) Угол 
4) Угол
Замечание. Нахождение угла 

Пример №2 (решение треугольника по стороне и двум прилежащим к ней углам).
Дано: 
Найти:
Решение:
1) Угол
2) По теореме синусов 


3) Сторону с можно найти с помощью теоремы косинусов или теоремы синусов: 



Пример №3 (решение треугольника по трем сторонам).
Дано: 
Найти: 
Решение:
1) По следствию из теоремы косинусов
2) Зная 

3) Аналогично находим угол
4) Угол
5) Радиус R описанной окружности треугольника можно найти по формуле 
Замечание*. Вторым способом нахождения R будет нахождение косинуса любого угла при помощи теоремы косинусов 


Пример №4
Найти площадь S и радиус R описанной окружности треугольника со сторонами 9, 12 и 15.
Решение:
Способ 1. Воспользуемся формулой Герона. Обозначим а = 9, b = 12, с = 15. Получим:



Ответ:
Способ 2. Так как 


Пример №5
Найти площадь трапеции с основаниями, равными 5 и 14, и боковыми сторонами, равными 10 и 17.
Решение:
Пусть в трапеции ABCD основания AD = 14 и ВС = 5, боковые стороны АВ = 10 и 



Ответ: 76.
Примеры решения задач с использованием теоремы синусов и теоремы косинусов
Пример:
Внутри угла А, равного 60°, взята точка М, которая находится на расстоянии 1 от одной стороны угла и на расстоянии 2 от другой стороны. Найти расстояние от точки М до вершины угла А (рис. 189, а).
Решение:
Пусть 
длину отрезка AM. Сумма углов четырехугольника АВМС равна 360°.
Поэтому
Так как в четырехугольнике АВМС 





Ответ:
Замечание. Вторым способом решения будет продление отрезка ВМ до пересечения с лучом АС и использование свойств полученных прямоугольных треугольников. Рассмотрите этот способ самостоятельно.
Пример №6
В прямоугольном треугольнике АВС известно: 
Решение:
Построим 

Поскольку 




Ответ: 8.
Пример №7
Дан прямоугольный треугольник АВС с катетами ВС = а и АС = 
Решение:
Способ 1. Так как 


Пусть СО = х. По теореме косинусов из 
из 
По свойству вписанного четырехугольника 




Способ 2. Используем теорему Птолемея, которая гласит: «Произведение диагоналей вписанного четырехугольника равно сумме произведений его противоположных сторон». Для нашей задачи получаем (см. рис. 191):
Способ 3. Достроим 
Ответ:
Пример №8
Точка О — центр окружности, вписанной в треугольник АВС, 
Решение:
Пусть 

Тогда
Отсюда 
С другой стороны, 





Ответ: 15 см; 20 см; 7 см.
Теорема Стюарта
Следующая теорема позволяет найти длину отрезка, соединяющего вершину треугольника с точкой на противоположной стороне.
Теорема Стюарта. «Если а, b и с — стороны треугольника и отрезок d делит сторону с на отрезки, равные х и у (рис. 194), то справедлива формула
Доказательство:
По теореме косинусов из 



Умножим обе части равенства (1) на у, равенства (2) — на
Сложим почленно полученные равенства:
Из последнего равенства выразим

Следствие:
Биссектрису треугольника можно найти по формуле (рис. 195)
Доказательство:
По свойству биссектрисы треугольника 



Пример №9
Доказать, что если в треугольнике две биссектрисы равны, то треугольник — равнобедренный (теорема Штейнера—Лемуса).
Доказательство:
Пусть дан треугольник АВС, 






По формуле биссектрисы треугольника
Из условия 




Теорема Птолемея о вписанном четырехугольнике
Произведение диагоналей вписанного четырехугольника равно сумме произведений его противоположных сторон, т. е.
Доказательство:
Из 
Так как 

Аналогично из 


Запомните:
- Теорема синусов. Стороны треугольника пропорциональны синусам противолежащих углов. Отношение стороны треугольника к синусу противолежащего угла равно удвоенному радиусу его описанной окружности:
- Радиус описанной окружности треугольника можно найти, используя формулы:
- Теорема косинусов. Квадрат любой стороны треугольника равен сумме квадратов двух других его сторон минус удвоенное произведение этих сторон на косинус угла между ними:
- Пусть
— стороны треугольника и с — большая сторона. Если
, то треугольник тупоугольный, если
то треугольник остроугольный, если
, то треугольник прямоугольный.
- Сумма квадратов диагоналей параллелограмма равна сумме квадратов всех его сторон:
- Формула Герона:
- Формула медианы:
- Параллельность прямых и плоскостей
- Перпендикулярность прямой и плоскости
- Взаимное расположение прямых в пространстве, прямой и плоскости
- Перпендикулярность прямых и плоскостей в пространстве
- Углы и расстояния в пространстве
- Подобие треугольников
- Решение прямоугольных треугольников
- Параллелограмм
На странице содержится информация о теореме синусов, калькулятор, с помощью которого можно найти стороны и угол треугольника, а также формула теоремы синусов.
Теорема синусов — теорема, которая устанавливает зависимость между сторонами треугольника и величиной противолежащих им углов.
Стороны треугольника пропорциональны синусам противолежащих углов.
Кроме того теорему синусов можно записать в расширенной форме. В этом случае в нее добавляется значение радиуса описанной окружности треугольника.
Формула теоремы синусов
{dfrac{a}{sin alpha} = dfrac{b}{sin beta} = dfrac{c}{sin gamma} = 2R}
a, b, c — стороны треугольника,
α, β, γ — углы треугольника.
R — радиус описанной около треугольника окружности.
Содержание:
- Формулировка теоремы синусов
- Расширенная теорема синусов
- Примеры решения задач
- Историческая справка
Формулировка теоремы синусов
Теорема
Стороны треугольника пропорциональны синусам противолежащих углов.
$frac{a}{sin alpha}=frac{b}{sin beta}=frac{c}{sin gamma}$
Теорема синусов устанавливает зависимость между сторонами треугольника и противолежащими им углами.
Расширенная теорема синусов
Теорема
Для произвольного треугольника имеет место соотношение:
$frac{a}{sin alpha}=frac{b}{sin beta}=frac{c}{sin gamma}=2 R$
Здесь $R$ — радиус окружности, описанной около рассматриваемого треугольника.
Примеры решения задач
Пример
Задание. Основание треугольника равно 10 см, один из углов при основании равен
$45^{circ}$, а противолежащий основанию угол равен $60^{circ}$. Найдите сторону, противолежащую углу в
$45^{circ}$.
Решение. Пусть искомая сторона — $x$ см. Тогда по теореме синусов имеем:
$$frac{10}{sin 60^{circ}}=frac{x}{sin 45^{circ}} Rightarrow x=frac{10 cdot frac{sqrt{2}}{2}}{frac{sqrt{3}}{2}}=frac{10 sqrt{2}}{sqrt{3}}=frac{10 sqrt{6}}{3} (mathrm{см})$$
Ответ.$frac{10 sqrt{6}}{3}(mathrm{см})$

236
проверенных автора готовы помочь в написании работы любой сложности
Мы помогли уже 4 430 ученикам и студентам сдать работы от решения задач до дипломных на отлично! Узнай стоимость своей работы за 15 минут!
Пример
Задание. В треугольнике $A B C quad angle A=45^{circ}, angle C=15^{circ},$
$B C=4 sqrt{6}$. Найти $A C$ .
Решение. Согласно
теореме о сумме углов треугольника
$$angle A+angle B+angle C=180^{circ} Rightarrow angle B=180^{circ}-45^{circ}-15^{circ}=$$
Сторону $AC$ найдем по теореме синусов:
$$frac{A C}{sin angle B}=frac{B C}{sin angle A} Rightarrow frac{A C}{sin angle 120^{circ}}=frac{4 sqrt{6}}{sin angle 45^{circ}} Rightarrow$$
$$Rightarrow frac{A C}{frac{sqrt{3}}{2}}=frac{4 sqrt{6}}{frac{sqrt{2}}{2}} Rightarrow A C=frac{4 sqrt{18}}{sqrt{2}}=4 cdot sqrt{9}=12$$
Ответ. $A C=12$
Историческая справка
Самое древнее доказательство для теоремы синусов на плоскости описано в книге «Трактат о полном четырёхстороннике» персидского математика,
механика и астронома Насира ад-Дина Ат-Туси (1201 — 1274), которая была написана в 13 веке. Теорема синусов для сферического треугольника
была доказана математиками средневекового Востока ещё в 10 веке. В труде западноарабского математика, астронома и законоведа
Ал-Джайяни (989 — 1050) 11 века «Книга о неизвестных дугах сферы» приводилось общее доказательство теоремы синусов на сфере.
Для нахождения элементов в произвольном треугольнике используется теорема синусов или теорема косинусов.
Теорема синусов
Стороны треугольника пропорциональны синусам противолежащих углов:
asinA=bsinB=csinC
(в решении задачи одновременно пишутся две части, они образуют пропорцию).
Теорема синусов используется для вычисления:
-
неизвестных сторон треугольника, если даны два угла и одна сторона;
-
неизвестных углов треугольника, если даны две стороны и один прилежащий угол.
Так как один из углов треугольника может быть тупым, значение синуса тупого угла находится по формуле приведения
sin180°−α=sinα
.
Наиболее часто используемые тупые углы:
sin120°=sin180°−60°=sin60°=32;sin150°=sin180°−30°=sin30°=12;sin135°=sin180°−45°=sin45°=22.
Радиус описанной окружности
, где (R) — радиус описанной окружности.
Выразив радиус, получаем
R=a2sinA
, или
R=b2sinB
, или
R=c2sinC
.
Для вычисления элементов прямоугольного треугольника достаточно (2) данных величин (две стороны или сторона и угол).
Для вычисления элементов произвольного треугольника необходимо хотя бы (3) данных величины.
Теорема косинусов
Квадрат стороны треугольника равен сумме квадратов двух других сторон минус удвоенное произведение этих сторон на косинус угла между ними:
Также теорема исполняется для любой стороны треугольника:
Теорема косинусов используется для вычисления:
-
неизвестной стороны треугольника, если даны две стороны и угол между ними;
-
вычисления косинуса неизвестного угла треугольника, если даны все стороны треугольника.
Значение косинуса тупого угла находится по формуле приведения
cos180°−α=−cosα
.
Наиболее часто используемые тупые углы:
cos120°=cos180°−60°=−cos60°=−12;cos150°=cos180°−30°=−cos30°=−32;cos135°=cos180°−45°=−cos45°=−22.
Если необходимо найти приблизительное значение синуса или косинуса другого угла или вычислить угол по найденному синусу или косинусу, то используется таблица или калькулятор.
Источники:
Рис. 1-3. Треугольник, окружность, © ЯКласс.
Расширенная синусов теорема с примерами
Добавлено: 5 ноября 2021 в 18:07

При подготовке к ЕГЭ по математике одиннадцатиклассник должен помнить базовый набор формул, которые помогут решать задачи. Одной из них является синусов теорема, которая отражает взаимосвязь между сторонами и углами треугольника.
Напомним, доказательство теоремы учить не нужно, поскольку экзамен ориентирован на проверку практических навыков. Лучше посвятить время разбору примеров, в которых можно применить указанную математическую закономерность.
Теорема синусов с примерами
Человечество знакомо с теоремой синусов довольно давно — еще в начале XXI века ее доказательство приводил в своей работе «Книга о неизвестных дугах сферы» западноарабский астроном и математик Ибн Муаз аль-Джайяни.
Существует два варианта теоремы синусов:
- обычный — устанавливает соотношения между сторонами треугольника и синусами его углов;
- расширенный — связывает соотношение сторон треугольника с радиусами описанной окружности.
Формулировка обычной синусов теоремы: отношение сторон треугольника к синусам противолежащих углов равны или стороны пропорциональны синусам противолежащих углов.
Теорема синусов с примерами: классика и расширенная
Пример 1. В треугольнике АВС сторона АВ равна 5 см, а синус противолежащего угла АСВ = 3/5. Найти сторону ВС, если синус угла САВ, прилежащего к стороне АВ, равен 1/2.
Решение
Составим соотношение фигурирующих в условии сторон и синусов их углов:
АВ : sin ∠АСВ = ВС : sin ∠САВ.
Подставим известные значения:
5 : 3/5 = ВС : 1/2.
Выразим из этого выражения ВС:
ВС = (5 : 3/5) : 1/2 = 5 : 1/2 = 10 см.
Ответ: ВС = 10 см.
Пример 2. В треугольнике АВС сторона АВ равна 10 см, а противолежащий угол АСВ = 30°. Найти остальные стороны, если угол САВ равен 60°.
Решение
Для решения этой задачи воспользуемся прилагаемой таблицей, в которой указаны значения синусов основных углов. В остальном ход решения будет аналогичен предыдущему примеру за исключением одного маленького хода. Для начала составим соотношение сторон и синусов противолежащих углов:
АВ : sin ∠АСВ = ВС : sin ∠САВ = АС : sin ∠ВАС.
На первом этапе нам известны только три из шести членов этого равенства, причем два из них в косвенном виде:
10 : sin 30° = ВС : sin 60° = АС : sin ∠ВАС.
Если вспомнить, что сумма углов треугольника равна 180°, то легко найти оставшийся угол:
∠ВАС = 180° – (∠АСВ + ∠САВ) = 180° – (30° + 60°) = 90°.
Мы уже знаем и третий угол, поэтому уравнение приобретет следующий вид:
10 : sin 30° = ВС : sin 60° = АС : sin 90°.
Дальше поступаем, как в предыдущей задаче, выразив стороны через известные члены выражений:
ВС = sin 60° ∙ 10 : sin 30°,
АС = sin 90° ∙ 10 : sin 30°.
Обратимся к таблице, приведенной выше и выберем из нее соответствующие синусы известных углов:
ВС = √3/2∙ 10 : 1/2 = 10√3 см,
АС = 1 ∙ 10 : 1/2 = 20 см.
Ответ: ВС = 10√3 см; АС = 20 см.
Теорема синусов с примерами: классика и расширенная
Расширенная синусов теорема с примерами
Формулировка расширенной теоремы синусов: отношение сторон треугольника к синусам противолежащих углов равны друг другу и удвоенному радиусу окружности, описанной вокруг него.
Пример 3. Найти площадь треугольника, если диаметр описанной окружности D равен 20 см. Угол АСВ = 30°, а угол САВ = 60°.
Решение
Для решения воспользуемся расширенной формулировкой теоремы синусов:
АВ : sin ∠АСВ = ВС : sin ∠САВ = АС : sin ∠ВАС = 2R.
В этой формулировке нам известны два из семи компонентов и еще лва мы можем определить из базовых знаний по геометрии:
- R = ½ D, следовательно 2 R = D = 20 см;
- ∠ВАС = 180° – (∠АСВ + ∠САВ) = 180° – (30° + 60°) = 90°.
Подставим в исходное выражение известные величины и получим соотношение:
АВ : sin 30° = ВС : sin 60° = АС : sin 90° = 20.
Основным отличием от предыдущей задачи является то, что нам неизвестна сторона АВ, зато известен удвоенный радиус описанной окружности. Это позволяет составить выражения для нахождения всех сторон треугольника:
ВС = 20 ∙ sin 60°
АС = 20 ∙ sin 90°,
АВ = 20 ∙ sin 30°.
Выберем из таблицы значения синусов углов и вычитаем стороны треугольника:
ВС = 20 ∙ sin 60° = 20 ∙ √3/2 = 10√3 см,
АС = 20 ∙ sin 90° = 20 ∙ 1 = 20 см,
АВ = 20 ∙ sin 30° = 20 ∙ 1/2 = 10 см.
Теорема синусов с примерами: классика и расширенная
Внимательный читатель заметил, что мы «зашифровали» в этой задаче треугольник из предыдущего примера. Теперь осталось найти его площадь. Для этого берем стандартную формулу площади произвольного треугольника, которая равна половине произведения сторон на синус угла между ними
S = ½ ∙ a ∙ b ∙ sin α
Поскольку нам известны все стороны и все углы, то мы можем выбрать любые из них. Возьмем стороны АС и АВ, а также угол САВ между ними:
S = ½ ∙ АС ∙АВ ∙ sin 60° = ½ ∙ 20 ∙10 ∙ √3/2 = 50√3 см2.
Примечание: внимательный читатель заметил, что наш треугольник — прямоугольный, так как один из его углов равен 90°. В таком случае можно обойтись без знания синуса угла, вычислив площадь треугольника как половину площади прямоугольника, длина и ширина которого равна катетам треугольника.
S = ½ ∙ ВС ∙АВ = ½ ∙ 10√3 ∙ 10 = 50√3 см2.
Ответ: S = 50√3 см2.
Занимайтесь на курсах ЕГЭ и ОГЭ в паре TwoStu и получите максимум баллов на экзамене:

Эксперт по подготовке к ЕГЭ, ОГЭ и ВПР
Задать вопрос
Закончил Московский физико-технический институт (Физтех) по специальности прикладная физика и математика. Магистр физико-математических наук. Преподавательский стаж более 13 лет. Соучредитель курсов ЕГЭ и ОГЭ в паре TwoStu.









































то
и угол
острый;
то
и угол
тупой;
то
и угол
прямой.


































































































— стороны треугольника и с — большая сторона. Если
, то треугольник тупоугольный, если
то треугольник остроугольный, если
, то треугольник прямоугольный.







