Нахождение сторон треугольника по углам
Если известны два угла треугольника и одна его сторона, остальные стороны находятся с помощью теоремы синусов. Сначала удобно найти третий угол по сумме углов треугольника, а затем составить пропорции между сторонами и синусами противолежащих углов.
Связь стороны с противолежащим углом
Рассмотрим треугольник \(ABC\). Стороны принято обозначать строчными буквами: \(a=BC\), \(b=AC\), \(c=AB\). Каждая сторона лежит напротив соответствующего угла: сторона \(a\) — напротив угла \(A\), сторона \(b\) — напротив угла \(B\), сторона \(c\) — напротив угла \(C\).
Сторона называется противолежащей углу, если не имеет с ним общей вершины. Например, углу \(A\) противолежит сторона \(a=BC\).
В любом треугольнике отношение стороны к синусу противолежащего угла постоянно и равно диаметру описанной окружности: \(\frac{a}{\sin A}=\frac{b}{\sin B}=\frac{c}{\sin C}=2R\). Подробнее теорема разобрана на странице «Теорема синусов».
Для восстановления стороны достаточно выбрать в этой цепочке два отношения: одно содержит известную сторону, другое — искомую. Например, если известны \(a\), углы \(A\) и \(B\), то сторона \(b\) находится так:
Важно: сторона и синус должны относиться к углам, которые находятся напротив этих сторон. Нельзя сопоставлять сторону \(a\) с углом \(B\), если \(B\) не лежит напротив \(a\).
Алгоритм решения
Типичная задача сообщает два угла, например \(A\) и \(B\), и одну сторону. Перед применением теоремы синусов восстановите недостающий угол.
- Сделайте чертёж и подпишите вершины, углы и стороны.
- Найдите третий угол: \(C=180^\circ-A-B\).
- Определите, какой угол противолежит известной стороне.
- Запишите равенство двух отношений теоремы синусов.
- Выразите неизвестную сторону и подставьте значения.
- Округлите ответ только в самом конце, если это требуется.
Сначала запишите пропорцию полностью: \(\frac{x}{\sin X}=\frac{d}{\sin D}\), где \(x\) — искомая сторона, \(X\) — угол напротив неё, \(d\) — известная сторона, \(D\) — угол напротив известной стороны. После этого выразите \(x\): \(x=\frac{d\sin X}{\sin D}\).
В треугольнике \(ABC\) известны \(a=8\), \(A=30^\circ\) и \(B=45^\circ\). Какая формула найдёт сторону \(b\)?
Разобранный пример
В треугольнике \(ABC\) даны \(A=30^\circ\), \(B=45^\circ\) и сторона \(a=6\). Найдём стороны \(b\) и \(c\).
Сторона \(a\) противолежит углу \(A\), поэтому именно пара \(a\) и \(A\) будет опорной. Сначала найдём угол \(C\), затем применим теорему синусов два раза.
Ответ: \(b=6\sqrt2\approx8{,}49\), \(c\approx11{,}59\). Проверка здравого смысла: угол \(C=105^\circ\) самый большой, поэтому противолежащая ему сторона \(c\) должна быть самой длинной. Действительно, \(c>b>a\).
Как контролировать ответ
Теорема синусов позволяет не только находить стороны, но и проверять результат. Чем больше угол, тем больше противолежащая ему сторона. Если \(A>B\), то должно быть \(a>b\); если углы равны, равны и соответствующие стороны.
- Сумма трёх углов должна быть \(180^\circ\).
- Все стороны должны быть положительными.
- Наибольшая сторона лежит напротив наибольшего угла.
- Меньшая сторона лежит напротив меньшего угла.
- Для вычислений на калькуляторе выбран режим градусов, а не радиан.
1) Берут не тот угол: сторона сопоставляется только с противолежащим углом. 2) Забывают найти третий угол. 3) Переворачивают дробь и получают \(x=\frac{d\sin D}{\sin X}\) вместо правильного \(x=\frac{d\sin X}{\sin D}\). 4) Округляют синусы слишком рано. 5) Используют калькулятор в радианном режиме. 6) Записывают \(180\) вместо \(180^\circ\), хотя углы заданы в градусах.
Большей стороне соответствует больший угол. Это простая проверка почти любого ответа в задачах на теорему синусов.
Особые случаи и связь с другими методами
Если известны все три угла, но не известна ни одна сторона, определить размеры треугольника нельзя: можно построить подобные треугольники разных размеров. Нужна хотя бы одна известная сторона или другой размерный параметр.
Если даны три стороны, сначала используют методы нахождения углов треугольника по сторонам, а затем при необходимости проверяют результат через теорему синусов. Если известны две стороны и угол между ними, чаще удобнее применить формулу площади или теорему косинусов; выбор способа зависит от условия.
Если в условии сказано «ответ округлите до десятых», округляйте найденную сторону до десятых. Промежуточные значения синусов храните на калькуляторе или оставляйте в точном виде, например \(\sqrt2\).
Проверь себя
Главное
- Сторона и угол в теореме синусов всегда должны быть противолежащими.
- Если известны два угла, третий находят по формуле \(180^\circ-A-B\).
- Основная формула: \(x=\frac{d\sin X}{\sin D}\), где \(X\) противолежит искомой стороне, а \(D\) — известной.
- Большему углу соответствует большая сторона; это помогает проверить ответ.
- При вычислениях в калькуляторе используйте режим градусов и округляйте только окончательный результат.