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3. 正弦定理的向量形式

平面向量的概念、运算及应用 · 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 正弦定理向量形式:在 $\triangle ABC$ 中,$\vec{AB} \cdot \vec{AC} = \vec{AB} \cdot \vec{BC}$ 的等价推导形式,即 $|\vec{AB}|^2 = \vec{AB} \cdot (\vec{AC} + \vec{BC})$ 等向量恒等式。

从哪来 本知识点建立在平移变换与伸缩变换之上。通过平移变换将向量起点统一,利用伸缩变换(数乘)处理边长系数,从而将几何边角关系转化为向量数量积运算。

为什么 正弦定理本质是边角互化。向量形式通过 $\vec{AB} = \vec{AC} + \vec{CB}$ 的线性组合,结合数量积定义 $\vec{a} \cdot \vec{b} = |\vec{a}||\vec{b}|\cos\theta$,将 $\cos A, \cos B, \cos C$ 显式表达出来。由于 $\sin^2 A + \cos^2 A = 1$,向量形式提供了从“角”到“边”再到“向量内积”的闭环,避免了纯三角函数变换的繁琐,体现了代数与几何的统一。

讲法
适合:逻辑严密、擅长代数推导的学生 从向量加法法则出发,设 $\vec{AB}=\mathbf{c}, \vec{AC}=\mathbf{b}, \vec{BC}=\mathbf{a}$。 由 $\mathbf{c} = \mathbf{b} + \mathbf{a}$,两边平方得 $|\mathbf{c}|^2 = |\mathbf{b}|^2 + |\mathbf{a}|^2 + 2\mathbf{b}\cdot\mathbf{a}$。 代入余弦定理 $c^2 = a^2 + b^2 - 2ab\cos C$,对比可得 $\mathbf{b}\cdot\mathbf{a} = -ab\cos C$。 进而推导 $\vec{AB}\cdot\vec{AC} = bc\cos A$ 等关系,建立向量内积与正弦定理系数的直接联系。
讲法
适合:直观思维强、喜欢图形分析的学生 画出 $\triangle ABC$,将 $\vec{AB}$ 投影到 $\vec{AC}$ 方向。 $\vec{AB}\cdot\vec{AC} = |\vec{AC}| \times (\vec{AB} \text{在} \vec{AC} \text{上的投影})$。 投影长度为 $c\cos A$。 故 $\vec{AB}\cdot\vec{AC} = b \cdot c\cos A$。 结合正弦定理 $a/\sin A = b/\sin B = c/\sin C = 2R$,将 $b,c$ 替换为 $2R\sin B, 2R\sin C$,得到 $\vec{AB}\cdot\vec{AC} = 4R^2 \sin B \sin C \cos A$。此式即为向量形式的三角函数表达。
讲法
适合:计算能力强、追求解题速度的学生 记忆核心公式:$\vec{AB}\cdot\vec{AC} = \frac{1}{2}(b^2 + c^2 - a^2)$。 推导:由余弦定理 $a^2 = b^2 + c^2 - 2bc\cos A$,得 $bc\cos A = \frac{b^2+c^2-a^2}{2}$。 而 $\vec{AB}\cdot\vec{AC} = bc\cos A$,故直接得证。 此形式无需记忆角度,直接代入边长即可计算,是解三角形中向量题最快的路径。
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练一道
基础题
已知 $\triangle ABC$ 中,$a=2, b=3, c=4$,求 $\vec{AB}\cdot\vec{AC}$。
变式
已知 $\triangle ABC$ 中,$\vec{AB}\cdot\vec{AC} = \vec{BA}\cdot\vec{BC}$,且 $a \neq b$,求 $\triangle ABC$ 的形状。
试试手自己判
检测题
在 $\triangle ABC$ 中,若 $\vec{AB}\cdot\vec{AC} = 0$,则 $\triangle ABC$ 是什么三角形?
看答案和判分标准
答案:直角三角形($\angle A = 90^\circ$)。
判对标准:
1. 学生能指出 $\vec{AB}\cdot\vec{AC} = 0$ 意味着 $\vec{AB} \perp \vec{AC}$。
2. 能得出 $\angle A = 90^\circ$。
3. 结论明确为“直角三角形”。
若学生回答“等腰三角形”或“锐角三角形”则判错。
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