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3. 三角形面积公式

三角函数的概念、性质与应用 · 高三
先确认一下:这一关能不能学
上面这几节是它的地基 —— 没通的话,补完再回来,比硬啃快得多。
讲清楚它是什么

定义 三角形面积等于两边长与夹角正弦值乘积的一半,即 $S = \frac{1}{2}ab\sin C$。

从哪来 该公式建立在3. 函数图像变换(理解正弦函数在 $0$ 到 $\pi$ 区间的正值特性及几何意义)和4. 三角函数(正弦定义及边角关系)的基础之上。

为什么 从几何直观看,三角形面积 $S = \frac{1}{2} \times \text{底} \times \text{高}$。若以边 $a$ 为底,则对应的高 $h = b \sin C$(由直角三角形定义得出)。代入得 $S = \frac{1}{2} a (b \sin C) = \frac{1}{2}ab\sin C$。 从代数推导看,由正弦定理 $\frac{a}{\sin A} = \frac{b}{\sin B} = \frac{c}{\sin C} = 2R$,可知 $a = 2R\sin A, b = 2R\sin B$。代入得 $S = \frac{1}{2}(2R\sin A)(2R\sin B)\sin C = 2R^2\sin A\sin B\sin C$。这揭示了面积与外接圆半径及三个内角正弦值的内在联系,体现了代数与几何的统一。

讲法
适合:直观型、几何思维强的学生 讲法:动态演示法。 利用几何画板或实物模型,固定边 $a$ 和边 $b$,改变夹角 $C$。让学生观察当 $C$ 从 $0^\circ$ 变到 $90^\circ$ 再变到 $180^\circ$ 时,三角形面积如何变化。引导学生发现:面积大小取决于“底”、“邻边”以及“邻边在垂直于底边方向上的投影长度”。强调 $\sin C$ 正是这个投影比例的量化指标。
讲法
适合:逻辑型、代数推导强的学生 讲法:公式推导法。 从最基础的 $S = \frac{1}{2}ah$ 出发,结合直角三角形中 $\sin C = \frac{h}{b}$,严格推导出 $h = b\sin C$,进而得到 $S = \frac{1}{2}ab\sin C$。随后引入正弦定理,将边长全部替换为 $2R\sin A$ 等形式,推导出 $S = 2R^2\sin A\sin B\sin C$。通过两种不同形式的公式对比,强化学生对边角互换关系的理解。
讲法
适合:应用型、解题技巧导向的学生 讲法:场景匹配法。 列举三类典型题目场景: 1. 已知两边及夹角(SAS):直接用 $S = \frac{1}{2}ab\sin C$。 2. 已知三边(SSS):先用余弦定理求 $\cos C$,再求 $\sin C$,最后代入面积公式。 3. 已知一边两角(AAS/ASA):先用正弦定理求出另一边,再用面积公式。 让学生根据已知条件“对号入座”,建立条件与公式的快速映射关系。
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练一道
基础题
* 已知 $a=4, b=6, A=30^\circ$,求面积。 $\sin B = \frac{6 \times 0.5}{4} = \frac{3}{4}$。 $\cos B = \pm \frac{\sqrt{7}}{4}$。 若 $B$ 锐角,$\sin C = \sin(150^\circ-B) = 0.5(\frac{\sqrt{7}}{4}) + \frac{\sqrt{3}}{2}(\frac{3}{4}) = \frac{\sqrt{7}+3\sqrt{3}}{8}$。 $S = \frac{1}{2} \times 4 \times 6 \times \frac{\sqrt{7}+3\sqrt{3}}{8} = \frac{3(\sqrt{7}+3\sqrt{3})}{2}$。 若 $B$ 钝角,$\sin C = \sin(150^\circ-B) = 0.5(-\frac{\sqrt{7}}{4}) + \frac{\sqrt{3}}{2}(\frac{3}{4}) = \frac{3\sqrt{3}-\sqrt{7}}{8}$。 $S = \frac{3(3\sqrt{3}-\sqrt{7})}{2}$。 答:面积为 $\frac{3(\sqrt{7}+3\sqrt{3})}{2}$ 或 $\frac{3(3\sqrt{3}-\sqrt{7})}{2}$。
试试手自己判
检测题
在 $\triangle ABC$ 中,已知 $a=2, b=2\sqrt{3}, A=30^\circ$,求 $\triangle ABC$ 的面积。
看答案和判分标准
答案:$2\sqrt{3}$ 或 $2$。
判对标准:
1. 学生能正确求出 $\sin B = \frac{b\sin A}{a} = \frac{2\sqrt{3} \times 0.5}{2} = \frac{\sqrt{3}}{2}$。
2. 学生能识别出 $B$ 有两个可能值:$60^\circ$ 或 $120^\circ$。
3. 当 $B=60^\circ$ 时,$C=90^\circ$,$S = \frac{1}{2}ab\sin C = \frac{1}{2} \times 2 \times 2\sqrt{3} \times 1 = 2\sqrt{3}$。
4. 当 $B=120^\circ$ 时,$C=30^\circ$,$S = \frac{1}{2}ab\sin C = \frac{1}{2} \times 2 \times 2\sqrt{3} \times 0.5 = \sqrt{3}$。(注:此处重新计算:$C = 180 - 30 - 120 = 30^\circ$,$\sin 30^\circ = 0.5$,$S = \frac{1}{2} \cdot 2 \cdot 2\sqrt{3} \cdot 0.5 = \sqrt{3}$。
*更正答案*:
若 $B=60^\circ, C=90^\circ, S = \frac{1}{2} \cdot 2 \cdot 2\sqrt{3} \cdot 1 = 2\sqrt{3}$。
若 $B=120^\circ, C=30^\circ, S = \frac{1}{2} \cdot 2 \cdot 2\sqrt{3} \cdot 0.5 = \sqrt{3}$。
**最终正确答案应为:$2\sqrt{3}$ 或 $\sqrt{3}$。
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