利用三角恒等式 cos2A = 2cos?A - 1,
且 B + C = π - A,故 cos(B+C) = -cosA。
代入得:2cos?A - 1 + 3cosA = 1
即:2cos?A + 3cosA - 2 = 0
解得:cosA = (-3 ± √17)/4。
因 A ∈ (0, π),取合理解 cosA = (-3 + √17)/4。
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如图,角B(即ABC)=60度,OA=OB=OC=r=1
角AOC=2角ABC(圆心角等于同弧上的圆周角的2倍)=120度
在三角形OAC中,AC^2=b^2=OA^2+OC^2-2OA*OC*cosAOC [^2指平方]
=1+1-2*1*1*cos120度=2-2*1*1*(-1/2)=3…………(1)
在三角形ABC中,b^2=a^2+c^2-2ac*cosABC=a^2+c^2-ac
于是a^2+c^2=b^2+ac…………(2)
另,根据正弦定理,a=bsinA/sinB c=bsinC/sinB
于是ac=b^2*sinAsinC/(sin^2 B)=b^2*sinAsinC/(3/4)=(4/3)*b^2*sinAsinC
=4/3*b^2*{-1/2*[cos(A+C)-cos(A-C)]} [积化和差]
= -2/3*b^2*[cos(180-B)-cos(A-C)]
= -2/3*b^2*[-cosB-cos(A-C)]
=2/3*b^2*[cosB+cos(A-C)]
=2/3*b^2*[1/2+cos(A-C)
=(b^2)/3+(2/3)*b^2*cos(A-C)………………(3)
把(1)和(3)代入(2)得
a^2+c^2=3+3/3+(2/3)*3cos(A-C)
=4+2cos(A-C)
下面分析其最大值:余弦的最大值为1,于是当A-C=0时,cos0=1,
a^2+c^2有最大值6,此时,A=C=60度=B,是正三角形。
然后看最小值:余弦的最小值为0,于是当A-C-90度时,cos90度=0
a^2+c^2有最小值4,此时,可算出A=105度,C=15度。
于是a^2+c^2的取值范围是:4<a^2+c^2<6