师:同学们,你们好,欢迎来到方老师的数学课堂。今天我们一起学习初中数学人民教育出版社九年级下册第28章28.1锐角三角函数第一课时的内容。在之前的初中数学课程学习中,我们已经掌握了直角三角形锐角的关系——两锐角互余,也掌握了三边的关系——在直角三角形中,两直角边的平方和等于斜边的平方,也就是勾股定理。那么,直角三角形的边和角之间又存在什么关系呢?这就是我们本节课要探究的内容。
首先,来看这样一个问题:为了绿化荒山某地,打算从位于山脚下的机井房沿着山坡铺设水管,在山坡上建一座扬水站,对坡面的绿地进行喷灌。现测得斜坡的坡角α为30度,山坡高度为35米,需要准备多长的水管呢?同学们,你们可以将上述实际问题转换成什么数学问题呢?能否结合数学图形把它描述出来?请同学们按下暂停键认真思考。
同学们思考好了吗?我们一起来看这道题。为了更好地表述这个问题,我们可以构建这样一个直角三角形。如图所示,把机井房设为A点,扬水站设为B点,过B点作A点所在水平面的垂线,垂足为C点,这样就构造出了Rt△ABC。将实际问题中的量对应到图形中,可知∠C = 90°,∠A = 30°,BC = 35米,要求AB的长度。用数学语言表示如下。
根据在直角三角形中,30度角所对的边等于斜边的一半,即∠A的对边与斜边的比$\frac{BC}{AB} = \frac{1}{2}$,可得$AB = 2BC = 70$米,也就是说需要准备70米长的水管。
请同学们再思考一下,如果出水口的高度为50米,那么需要准备多长的水管呢?对,没错,需要准备100米长的水管。在Rt△$A B’C’$中,$B’C’ = 50$米,$AB’ = 100$米。这里同样利用了直角三角形30度角所对的直角边与斜边的比值是定值$\frac{1}{2}$。
既然含30度角的特殊直角三角形中,30度所对的边与斜边的比值是$\frac{1}{2}$,那含45度角的特殊直角三角形是否有类似的关系呢?请看问题:如图,任意画一个Rt△ABC,∠C = 90°,∠A = 45°,计算∠A的对边与斜边的比$\frac{BC}{AB}$,由此你能得出什么结论?请同学们在草稿纸中尝试计算推导。
相信聪明的你们一定已经得出结果了。我们一起来看:由题意可知,Rt△ABC是等腰直角三角形。由勾股定理得$AB^2 = AC^2 + BC^2 = 2BC^2$,所以$AB = \sqrt{2}BC$。因此,$\frac{BC}{AB} = \frac{BC}{\sqrt{2}BC} = \frac{1}{\sqrt{2}}$,分母有理化后等于$\frac{\sqrt{2}}{2}$。当然,此题也可以利用方程思想求解。假设$AC = BC = x$,$AB = \sqrt{2}x$,$\frac{BC}{AB} = \frac{x}{\sqrt{2}x}$,化简可得比值为$\frac{\sqrt{2}}{2}$。老师在这里就不详细展开说明了,感兴趣的同学可课后进行此方法的尝试推导。
在问题一和问题二中,出现的特殊直角三角形锐角的对边和斜边的比是一个定值。那么对于任意锐角度数的直角三角形,其锐角的对边与斜边的比值是否仍有类似规律呢?
一起来看问题三:任意画Rt△ABC和Rt△$A’B’C’$,使得∠C = ∠$C’$ = 90°,∠A = ∠$A’$,那么$\frac{BC}{AB}$与$\frac{B’C’}{A’B’}$有什么关系?你能解释一下吗?请同学们按下暂停键仔细思考。
同学们都思考好了吗?我们一起来看:因为∠C = ∠$C’$ = 90°,∠A = ∠$A’$,所以Rt△ABC相似于Rt△$A’B’C’$。由相似三角形对应边成比例可得$\frac{AB}{A’B’} = \frac{BC}{B’C’}$,根据比例的性质可得$\frac{BC}{AB} = \frac{B’C’}{A’B’}$。通过这个证明过程,我们能够发现:任意两个直角三角形中,当锐角度数相等时,该角对边与斜边的比也相等。
由此我们可以得出结论:在直角三角形中,当锐角A的度数一定时,无论三角形的大小如何,角A的对边与斜边的比也是一个固定值。在初中数学阶段,我们给这样的比值一个名称。
如图,在Rt△ABC中,∠C = 90°,我们把锐角A的对边与斜边的比叫做角A的正弦,记作sinA。这里我们令角A的对边为小写字母a,角B的对边为小写字母b,斜边为小写字母c,即$sinA = \frac{角A的对边}{斜边} = \frac{a}{c}$,那么$sinB = \frac{角B的对边}{斜边} = \frac{b}{c}$。
同学们请注意,正弦作为比值,它是没有单位的,而且当锐角A取确定的度数时,它的正弦都有唯一确定的值与其相对应。例如,当角A = 30°时,我们有$sinA = sin30° = \frac{1}{2}$;当角A = 45°时,我们有$sinA = sin45° = \frac{\sqrt{2}}{2}$。
相信同学们对于正弦有了初步的了解,接下来我们完成这一组“练一练”,加深认识。
