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    余弦定理公式和余弦定理推导

    发布时间:2020-12-05 13:33:21 作者:冬青好 

      余弦定理对解三角形是非常有用的:

    20201205131918.png

      这定理适用于任何三角形:

    20201205131953.png

    ab  c 是三角形的边,C边 c的对角,

      我们举个例来看看:

     例子:"c" 的长度是多少?

    20201205132049.png

    已知: C = 37º、a = 8 和 b = 11

    余弦定理说:   c2 = a2 + b2 − 2ab cos(C)

     

    代入已知值:   c2 = 82 + 112 − 2 × 8 × 11 × cos(37º)
    计算:   c2 = 64 + 121 − 176 × 0.798…
    计算:   c2 = 44.44...
    开平方:   c = √44.44 = 6.67 保留两位小数

    答案:c = 6.67

      怎样去记这公式呢?公式其实是在 勾股定理 上多加一点,使其适用于所有的三角形:

    勾股定理:   a2 + b2 = c2   (只适用于直角三角形)
             
    余弦定理:   a2 + b2 − 2ab cos(C) = c2   (适用于所有三角形)

      这样记:

      想英语字母 "abc":a2 + b2 = c2,  再来一个 "abc": 2ab cos(C),  放在一起:a2 + b2 − 2ab cos(C) = c2,

      在以下的情形,我们可以用余弦定理:

      已知三角形的两边和两边中间的夹角,求第三边(像上面的例子)

      已知三角形的三边,求其角度(如以下的例子)

    例子:角 "C" 是多大?

    20201205132420.png

     长度为 "8" 的边的对角是 C,所以这边是 c。另外两条边是 a 和 b。把已知值代入余弦定理:

    开始:   c2 = a2 + b2 − 2ab cos(C)
    代入 a、b 和 c:   82 = 92 + 52 − 2 × 9 × 5 × cos(C)
    Calculate:   64 = 81 + 25 − 90 × cos(C)

      重排及解:

       每边减 25:         39 = 81 − 90 × cos(C)
      每边减 81:         −42 = −90 × cos(C)
      两边对调:         −90 × cos(C) = −42
      除以 −90:         cos(C) = 42/90
      取逆余弦:         C = cos-1(42/90)     
      用计算器:         C = 62.2° (保留一位小数)

      求角度的简易形式

      上面我们看到已知三边是怎样去求角度。我们用了几步来做,但其实用 "直接" 公式会比较简单(公式只不过是重排这公式: c2 = a2 + b2 − 2ab cos(C) )。公式可以有三个形式:

    cos(C) = a2 + b2 − c22ab

    cos(A) = b2 + c2 − a22bc

    cos(B) = c2 + a2 − b22ca

     例子:用余弦定理(角度形式)来求角 "C"

    20201205132816.png

      已知三边:a = 8,  b = 6 和 c = 7。

      用余弦定理(角度形式)来求角 C

    cos C  = (a2 + b2 − c2)/2ab
      = (82 + 62 − 72)/2×8×6
      = (64 + 36 − 49)/96
      = 51/96
      = 0.53125
       
    = cos-1(0.53125)
      = 57.9° 保留一位小数

      a、b 和 c 的形式

      你也可以重写 c2 = a2 + b2 - 2ab cos(C) 公式为 "a2=" and "b2=" 的形式。

      以下是这三个形式:

    20201205133023.png

      但最容易是记着 "c2=" 的形式,然后在应用时用不同的字母!

      如下:

     例子:求长度 "z"

    20201205133106.png

      字母不同!没关系。我们可以以 x 代替 a、y 代替 b 和 z 代替 c

    开始:   c2 = a2 + b2 − 2ab cos(C)
    x 代替 a、y 代替 b 和 z 代替 c   z2 = x2 + y2 − 2xy cos(Z)
    代入已知值:   z2 = 9.42 + 6.52 − 2×9.4×6.5×cos(131º)
    计算:   z2 = 88.36 + 42.25 − 122.2 × (−0.656...)
        z2 = 130.61 + 80.17……
        z2 = 210.78……
        z = √210.78…… = 14.5 保留一位小数

      答案:z = 14.5

      留意到 cos(131º) 是负数吗?这把最后的正负号变成 +(正)号了。钝角的余弦一定是负数(见 单位圆)。

    更新:20210423 104225     


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