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[几何] 有没有几何解法?

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nttz posted 2022-5-19 13:57 |Read mode
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abababa posted 2022-5-19 17:24
还是用三角函数方法简单,用正弦定理马上就能得出方程了。

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original poster nttz posted 2022-5-19 19:27
abababa 发表于 2022-5-19 17:24
还是用三角函数方法简单,用正弦定理马上就能得出方程了。
三角函数方程如何解?

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战巡 posted 2022-5-19 19:48
p0173.png

如图,以$C$为圆心,$CB$为半径作圆,与$AB$交于$E$,与直线$BD$交于$D'$,其他连线如图

如此则有$\angle D'CE$为圆心角,有$\angle D'CE=2\angle EBD'=60\du$,于是$\Delta ECD'$为等边三角形,$ED'=EC$

之后由于$BC=CE$,会有$\angle CBE=\angle CEB=70\du$,$\angle ECB=40\du$,$\angle ACE=35\du=\angle EAC$
于是$EA=EC=ED'$,也就有$\angle CAD'=\frac{1}{2}\angle D'EC=30\du=\angle CAD$,故此$D,D'$重合,也就是$CD=CB$
之后$\angle CDB=\angle CBD=40\du$,很容易求得$\angle DCA=25\du$

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abababa posted 2022-5-19 20:12
nttz 发表于 2022-5-19 19:27
三角函数方程如何解?
\[\frac{AD}{\sin x}=\frac{CD}{\sin30^{\circ}}, \frac{AD}{\sin30^{\circ}}=\frac{BD}{\sin65^{\circ}}, \frac{CD}{\sin40^{\circ}}=\frac{BD}{\sin(x+75^{\circ})}\]

\[\frac{\sin x}{\sin30^{\circ}}=\frac{\sin30^{\circ}\sin(x+75^{\circ})}{\sin65^{\circ}\sin40^{\circ}}\]
\[\sin(x+75^{\circ})=4\sin65^{\circ}\sin40^{\circ}\sin x=2(\cos25^{\circ}-\cos105^{\circ})\sin x=2(\sin65^{\circ}+\cos75^{\circ})\sin x\]
\[\sin x\cos75^{\circ}+\cos x\sin75^{\circ}=2(\sin65^{\circ}+\cos75^{\circ})\sin x\]
\[\cot x=\frac{2\sin65^{\circ}+\cos75^{\circ}}{\sin75^{\circ}}\]

因为$\cot x$在$[0^{\circ},180^{\circ}]$中是单调的,所以它只能有一个解,而画图可知那个解就是$x=25^{\circ}$,所以只要验证$x=25^{\circ}$满足方程就行了,就是证明$\frac{\cos25^{\circ}}{\sin25^{\circ}}=\frac{2\sin65^{\circ}+\cos75^{\circ}}{\sin75^{\circ}}$,而
\begin{align*}
\cos25^{\circ}\sin75^{\circ}-(2\sin65^{\circ}+\cos75^{\circ})\sin25^{\circ}
&=\sin65^{\circ}\sin75^{\circ}-2\sin65^{\circ}\sin25^{\circ}-\sin15^{\circ}\sin25^{\circ}\\
&=\frac{1}{2}[\cos140^{\circ}-\cos10^{\circ}-2\cos90^{\circ}+2\cos40^{\circ}-\cos40^{\circ}+\cos10^{\circ}]\\
&=0
\end{align*}

所以这是成立的,$x=25^{\circ}$就是唯一的解。

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original poster nttz posted 2022-5-20 08:27
战巡 发表于 2022-5-19 19:48
如图,以$C$为圆心,$CB$为半径作圆,与$AB$交于$E$,与直线$BD$交于$D'$,其他连线如图

如此则有$\angl ...
厉害,像这样的题目,还有点固定角度的三角形内部的角格点问题如何思考的?有没有辅助线的一般想法

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original poster nttz posted 2022-5-20 08:40
abababa 发表于 2022-5-19 20:12
\[\frac{AD}{\sin x}=\frac{CD}{\sin30^{\circ}}, \frac{AD}{\sin30^{\circ}}=\frac{BD}{\sin65^{\circ}} ...
单调性可以理解,哪个${25^{\circ}}$是瞪眼法么???怎么来的

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original poster nttz posted 2022-5-20 08:45
战巡 发表于 2022-5-19 19:48
如图,以$C$为圆心,$CB$为半径作圆,与$AB$交于$E$,与直线$BD$交于$D'$,其他连线如图

如此则有$\angl ...
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比如这样的,里面的角度或者相对位置稍微改变怎么思考?

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abababa posted 2022-5-20 10:43
nttz 发表于 2022-5-20 08:40
单调性可以理解,哪个${25^{\circ}}$是瞪眼法么???怎么来的
软件画图,然后有一个测量角度的功能。就比如8楼的那个帖子,用辅助线就和之前的完全不一样,没什么规律,但是用角元塞瓦定理马上就能得到方程,只要验证$x=30^{\circ}$是方程的唯一解就行了,用到的方法也都是积化和差,和差化积这些,只要化成同名三角函数,然后证明作差等于零,全部都是这样的方式,我觉得方法更统一。

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kuing posted 2022-5-20 13:33
abababa 发表于 2022-5-19 20:12
\[\frac{AD}{\sin x}=\frac{CD}{\sin30^{\circ}}, \frac{AD}{\sin30^{\circ}}=\frac{BD}{\sin65^{\circ}} ...
\begin{align*}
\sin(x+75\du)&=\cdots=2(\sin65\du+\cos75\du)\sin x\\
&=2\sin65\du\sin x+\sin(75\du+x)-\sin(75\du-x),
\end{align*}
所以
\[\sin(75\du-x)=2\cos25\du\sin x,\]
两边单调性相反,且由两倍角公式可知 `x=25\du` 是解。

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abababa posted 2022-5-20 14:01
kuing 发表于 2022-5-20 13:33
\begin{align*}
\sin(x+75\du)&=\cdots=2(\sin65\du+\cos75\du)\sin x\\
&=2\sin65\du\sin x+\sin(75\du+ ...
看来还是有些技巧,但是没什么技巧,用这种方法也能解出来,没什么难度,我觉得这种方法好就是因为它比较通用,也不需要想,傻算就行了。

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original poster nttz posted 2022-5-20 15:42
abababa 发表于 2022-5-20 10:43
软件画图,然后有一个测量角度的功能。就比如8楼的那个帖子,用辅助线就和之前的完全不一样,没什么规律 ...
几何方法呢?初中几何不能用三角方程的

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abababa posted 2022-5-20 16:17
nttz 发表于 2022-5-20 15:42
几何方法呢?初中几何不能用三角方程的
QQ截图20220520161224.jpg
作$PT\sslash BC$,作$\angle PCT=20^{\circ}$,作$BC$的中垂线$AM$。

这样$PBCT$是等腰梯形,就有$PB=TC$,然后能得到$\triangle PBA\cong\triangle TCA$,所以$\angle PAC'=\angle TAC$(1)。因为$\angle TPC=\angle TCP$,所以$BP=CT=PT$。因为$\angle CC'B=90^{\circ}$,所以$PC'=\frac{1}{2}PB=\frac{1}{2}PT=PM$,于是有$\triangle PAC'\cong\triangle PAM$(2),根据(1)(2)就知道$\angle A$分出来那四个角都是相等的,每个都是$10^{\circ}$,而$x$占了三个就是$30^{\circ}$。

但这有什么用呢?能想到的自然就写出来了,想不到的,即使告诉他,换一个题还是不会啊,所以我觉得还是三角函数方程好,通用,就像很多小学题,没学方程时要想那么多,学了方程之后全变简单了。

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乌贼 posted 2022-5-20 19:49
如图: 211.png
      作正$ \triangle ADF $,则$ F $为$ \triangle ABD $的外心,得\[ \angle FBC=\angle AED=\angle AEF=65\du  \]即有$ BCEF $四点共圆,故\[ \angle ACD=\angle ACF=\angle EBF=25\du  \]

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isee posted 2022-5-21 00:10
nttz 发表于 2022-5-20 08:45
比如这样的,里面的角度或者相对位置稍微改变怎么思考?
初中几何一题,求角
forum.php?mod=viewthread&tid=6890
(出处: 悠闲数学娱乐论坛(第3版))
isee=freeMaths@知乎

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original poster nttz posted 2022-5-21 10:55
abababa 发表于 2022-5-20 16:17
作$PT\sslash BC$,作$\angle PCT=20^{\circ}$,作$BC$的中垂线$AM$。

这样$PBCT$是等腰梯形,就有$PB= ...
感觉一题一策,没有什么规律啊

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original poster nttz posted 2022-5-21 11:01
乌贼 发表于 2022-5-20 19:49
如图:
      作正$ \triangle ADF $,则$ F $为$ \triangle ABD $的外心,得\[ \angle FBC=\angle AED=\an ...
能说详细点么,为什么$F$为外心

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abababa posted 2022-5-21 11:05
nttz 发表于 2022-5-21 10:55
感觉一题一策,没有什么规律啊
有的题就是没有规律,但有的题有规律,要不考试怎么经常弄出数列的错项消元法,还有什么切线法,设点法这些方法呢,这些都是总结了规律的吧。而对于楼主这类题,我觉得三角函数方程就是规律,即使最后和差化积不好做,也可以用欧拉公式全变成最大公约数$10^{\circ}$的形式,比如设$z=e^{i\frac{10}{180}\pi}$,然后把那些三角函数全表示成$z$的有理式,只是计算复杂了,但不用思考,套用就完了。其实最最开始我也非常喜欢纯几何的证明,而且那时觉得不用纯几何就是不好的证明,现在觉得没什么用,有好用的方法为什么不用呢。

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乌贼 posted 2022-5-21 11:07
nttz 发表于 2022-5-21 11:01
能说详细点么,为什么$F$为外心
$ AF=DF,\angle AFD=2\angle ABD=60\du $
即$ B $在以$ F $为圆心,$ AF $为半径的圆上

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original poster nttz posted 2022-5-21 11:09
abababa 发表于 2022-5-20 16:17
作$PT\sslash BC$,作$\angle PCT=20^{\circ}$,作$BC$的中垂线$AM$。

这样$PBCT$是等腰梯形,就有$PB= ...
33.png
比如这题,还不是不是10的倍数,用初中几何无解么?我曾经看过一个解法,但是还是忘了

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