师:同学们好,本节课我们来学习九年级下册第28章解直角三角形及其应用。上节课我们学习了解直角三角形的概念,谁能说说什么是解直角三角形呢?
生:在直角三角形中,除直角外共有5个元素,即三条边和两个锐角。由直角三角形中的已知元素求出其余未知元素的过程,就是解直角三角形。
师:非常好。那解直角三角形的依据有哪些呢?
生:三边长之间的关系是勾股定理;两锐角之间的关系是两角互余;边角之间的关系有sin a等于角a的对边比斜边,cos a等于角a的邻边比斜边,tan a等于角a的对边比邻边。
师:没错。学习了这些知识,今天我们就用它们来解决一些实际问题。生活中会遇到这样的问题:一次台风将一棵大树刮断,经测量,大树刮断点a到树根部c的距离为4米,倒下部分ab与地面bc夹角为45度,那这棵大树高是多少米?结合题意,根据图形,我们可以把这个问题抽象成一个几何问题。如图,在Rt三角形abc中,ac = 4,角b = 45度,求ab的长,进而就能求出大树的高度(ac + ab)。这里已知ac = 4,其对角为45度,利用正弦三角函数即可求出ab的长。哪位同学来解答一下?
生:在Rt三角形abc中,ac = 4,角b = 45度。因为sinb = ac / ab,所以ab = ac / sinb = 4 / sin45度 = 4 / (√2 / 2) = 4√2。所以这棵大树高是4 + 4√2米。
师:非常棒。再来看一道题。2012年6月18日,神舟九号载人航天飞船与天宫一号目标飞行器成功实现交会对接。神舟九号与天宫一号的组合体在离地球表面343千米的圆形轨道上运行。如图,当组合体运行到地球表面p点的正上方时,从中可以直接看到地球表面最远的点在什么位置,最远点与p点的距离是多少?地球半径约为6400千米,π取3.142,结果取整数。大家看图,根据题意,我们把组合体记作f,地球看成圆心为o的圆,组合体f与o的连线与圆o的交点为p。此时不难看出FO = PF + Po = 343 + 6400。组合体f看地球最远的点即为视线与圆o相切时的切点q。求最远点q与p的距离即为求弧PQ的长度。经过分析,我们把此题转化为有关圆的弧长问题。现在我来问几个问题,最远点q与圆o的位置关系是什么?
生:点q在圆上。
师:求圆上点p、q之间的距离就是求什么?
生:求弧PQ的长。
师:foq和角poq之间的关系是怎样的?
生:cos角POQ = OQ / FO 。
师:假设角POQ = α,利用弧长公式求弧PQ的长是多少?
生:弧PQ的长为απr / 180 。
师:此题解答过程如下,如图,设角POQ = α。因为FQ是圆o的切线,所以三角形FOQ是直角三角形。因为cosα = oq / of = 6400÷(6400 + 343)≈0.9491。所以α≈18.36度。所以弧PQ的长 = 18.36π÷180×6400≈2051千米。当飞船在p点正上方时,从中观测地球表面时的最远距离离p点约2051千米。这里请同学们注意,结果必须根据题目要求取整数。接下来我们再来看一道变式题。“欲穷千里目,更上一层楼”是唐代诗人王之涣的诗句。如果我们想在地球上观测点1千米景色,“更上一层楼”中的楼至少有多高呢?存在这样的楼房吗?我们可以设弧ac代表地面,o为地球圆心,c为地面上的一点,弧ac = 1000里,换算成500千米,地球的半径为6400千米,cos 4.5度≈0.997。此题知道了弧长和半径,只要求出OB即可求出楼的高度AB。与上道题的条件结论进行了交换,但解题思路相似,都用到了三角函数解直角三角形。先可以求出角o的度数,再利用余弦三角函数即可求出OB的长。哪位同学来解一下?
生:设切点为b,自点b,bc与圆相切,切点为c,也就是c为1千米的观测处,ab就是楼的高度。在Rt三角形OCB中,角o = 弧ac÷oc×180度÷π≈4.5度。OB = oc÷cos角o = 6400÷cos 4.5度≈6419。所以AB = OB - OA = 6419 - 6400 = 19千米。这层楼至少要高19千米,即19000米。目前世界最高的楼为800多米,所以这样的楼是不存在的。
师:通过以上几道练习的学习,我们可以总结出解直角三角形解决实际问题的一般过程。一、将实际问题抽象为数学问题,画出平面图形,转换为解直角三角形的问题。二、根据题目中的条件,选用合适的锐角三角函数解直角三角形。三、得到数学问题的答案。四、得到实际问题的答案。温馨提示:一、当实际问题中涉及的图形能直接转化为直角三角形时,可利用解直角三角形的知识直接求解。二、数学问题的解符合实际意义,才可以称为实际问题的解。三、结果必须根据题目要求进行取舍。我们再来看一道例题,如图,秋千链子的长度为3米,静止时的秋千踏板距地面0.5米。秋千向两边摆动时,最大摆角(指链子与铅垂线的夹角)约为60度,则踏板与地面的最大距离为多少?此时踏板与地面最大距离为BF,过点b做垂线构造直角三角形。此题我们就可以转化为如图的几何问题。根据题意可知,秋千踏板与地面的最大距离为BF,即CE的长度。因此,本题可以抽象为,已知d = 0.5米,ad = ab = 3米,角DAB = 60度,三角形ACB为直角三角形。求CE的长度。观察图形可知,CE = CD + de,而cd = ad - ac,ad = ab = 3米,ac在直角三角形abc中利用余弦三角函数即可求出。哪位同学来解答?
