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在这道题中,我们需要解决一个三角形的角度和面积问题。已知在锐角三角形ABC中,角A、B、C的对边分别为a、b、c,并且满足等式a平方加c平方减去a减b的平方等于a乘以a加b。第一问要求我们求出角C的度数,第二问要求我们在已知三角形面积为S的情况下,求出根号3乘以a平方除以2S的取值范围。让我们先来分析第一个问题。
我们首先展开已知等式。将a平方加c平方减去a减b的平方等于a乘以a加b展开,得到a平方加c平方减去a平方减2ab加b平方等于a平方加ab。整理后得到c平方加2ab减b平方等于a平方加ab,进一步简化得到c平方等于a平方加b平方减ab。根据余弦定理,在三角形中,c平方等于a平方加b平方减2ab乘以余弦C。比较这两个等式,我们得到a平方加b平方减ab等于a平方加b平方减2ab乘以余弦C。消去相同项后得到负ab等于负2ab乘以余弦C。由于a和b都是正数,所以ab大于0,两边同时除以负ab,得到1等于2乘以余弦C,即余弦C等于二分之一。因此,角C等于60度。
现在我们来解决第二个问题,求根号3乘以a平方除以2S的取值范围。首先,我们需要计算三角形的面积。根据三角形面积公式,S等于二分之一乘以ab乘以正弦C。由于我们已经知道角C等于60度,所以S等于二分之一乘以ab乘以正弦60度,即二分之一乘以ab乘以根号3除以2,化简得到S等于根号3除以4乘以ab。接下来,我们将这个面积表达式代入到要求的表达式中。根号3乘以a平方除以2S等于根号3乘以a平方除以2乘以根号3除以4乘以ab,化简后得到根号3乘以a平方除以根号3除以2乘以ab,进一步化简得到2乘以a除以b。因此,我们的问题转化为求a除以b的取值范围,然后将结果乘以2。根据正弦定理,a除以b等于正弦A除以正弦B。我们知道在三角形中,三个角的和等于180度,已知C等于60度,所以A加B等于120度。
现在我们需要确定角A和角B的范围。我们已知A加B等于120度,并且由于三角形ABC是锐角三角形,所以角A和角B都必须小于90度。从A加B等于120度,我们可以得到A等于120度减B,由于B小于90度,所以A大于30度。同理,B等于120度减A,由于A小于90度,所以B也大于30度。因此,角A和角B的范围都是大于30度且小于90度。接下来,我们计算a除以b的范围。根据正弦定理,a除以b等于正弦A除以正弦B,而B等于120度减A,所以a除以b等于正弦A除以正弦120度减A。当A趋近于30度时,a除以b趋近于正弦30度除以正弦90度,即二分之一除以1,等于二分之一。当A趋近于90度时,a除以b趋近于正弦90度除以正弦30度,即1除以二分之一,等于2。因此,a除以b的范围是大于二分之一且小于2。最后,我们得到根号3乘以a平方除以2S等于2乘以a除以b,所以根号3乘以a平方除以2S的范围是2乘以二分之一到2乘以2,即1到4。因此,根号3乘以a平方除以2S的取值范围是大于1且小于4。
让我们总结一下这道题的解题过程。首先,在锐角三角形ABC中,通过已知条件a平方加c平方减去a减b的平方等于a乘以a加b,我们推导出角C等于60度。然后,利用三角形面积公式S等于二分之一乘以ab乘以正弦60度,得到S等于根号3除以4乘以ab。接着,我们将表达式根号3乘以a平方除以2S转化为2乘以a除以b,问题转化为求a除以b的范围。由于三角形是锐角三角形,且A加B等于120度,我们得到角A和角B的范围都是大于30度且小于90度。通过正弦定理和函数分析,我们确定a除以b的范围是大于二分之一且小于2。最终,我们得到根号3乘以a平方除以2S的取值范围为大于1且小于4,即开区间(1,4)。