先看清楚:这道题的难点只有一处
假设你刚学正弦、余弦定理。这道多选题看着吓人,其实全部难度压在一句话上:
这个三角形是直角三角形。
只要证出 C=2π,剩下的三个选项全是算术。所以下面的安排是:先把开头那一步做掉(它同时把选项 A 送到手),然后两条路各证一遍那个直角,最后合流算完 B、C、D。
第一步:把「吓人」的条件降幂(两条路共用)
工具只有一个——二倍角公式 cos2A=1−2sin2A。
代进 cos2A+cos2B+2sinC=2:
(1−2sin2A)+(1−2sin2B)+2sinC=2 ⟹ sinC=sin2A+sin2B
这正是选项 A。 所以 A 不是要你去验证的结论,它就是条件本身换了个写法——必对。很多人卡在这里,是因为觉得「这么直接肯定有诈」。没有诈。
现在手上有两个条件:
sinC=sin2A+sin2B与cosAcosBsinC=41
难点来了:怎么从第一个条件看出 C 是直角?下面两条路。
怎么想到的。 三角形里 A+B+C=π,所以「C 是不是直角」等价于「A+B 是不是 2π」。而 A+B 与 2π 的关系只有三种可能:小于、等于、大于。三种情形互斥且穷尽——那就一种一种试,能活下来的只有一种,它就是答案。这就是分类讨论。
第一步:先把 A,B 锁成锐角。 三分比大小要靠「正弦在 (0,2π) 上递增」,而那个工具只有两个比较对象都落在这个区间里才用得上——三角形里 A 或 B 本来是允许钝角的,所以这个前提得先挣来,不能默认。挣它的工具是题目的第二个条件。由 C∈(0,π) 知 sinC>0,于是
cosAcosB=4sinC1>0
即 cosA 与 cosB 同号。若同为负,则 A,B 都是钝角、A+B>π,三角形里不可能;故同为正:
A, B∈(0,2π)
为什么这一步不能省。 只拿 sinC=sin2A+sin2B 这一个条件,C 根本定不下来:取
A=2π+1≈147.30∘、B≈12.78∘、C≈19.93∘,两边都是 0.34083,
条件成立,而 C 离直角远得很。这组数之所以进不了本题,靠的正是刚才那句 cosAcosB>0
(它这里是 cosA≈−0.84<0,同号性当场破)。本题两个条件都是必需的,少用一个就会得出错结论。
再把条件整理成便于比大小的样子。 由 A+B=π−C 及诱导公式,sin(A+B)=sinC,把它展开代进 sinC=sin2A+sin2B:
sinAcosB+sinBcosA=sin2A+sin2B
移项、按 sinA 与 sinB 分组:
sinA(sinA−cosB)+sinB(sinB−cosA)=0(⋆)
注意 sinA>0, sinB>0(三角形内角),所以 (⋆) 的符号完全由括号里那两个差决定。
三种情形逐一判。 关键工具是正弦函数在 (0,2π) 上单调递增,以及 cosB=sin(2π−B)。第一步已经把 A、B 关进 (0,2π),于是 2π−A、2π−B 也都在里面——四个比较对象全部合法,这个工具现在才真能用。
- 若 A+B<2π,即 A<2π−B。两边都是锐角,单调性给出 sinA<cosB;同理 sinB<cosA。于是 (⋆) 左边严格小于 0,与它等于 0 矛盾。排除。
- 若 A+B>2π,即 A>2π−B,两边仍都是锐角(这全靠第一步),单调性反向走一遍给出 sinA>cosB、sinB>cosA,(⋆) 左边严格大于 0。排除。
- 若 A+B=2π,则 sinA=cosB、sinB=cosA,(⋆) 左边恰好是 0。成立。
三段穷尽,只剩一段,故
A+B=2π,C=2π.
怎么想到的。 上一条路一直在角里打转。换个方向:边角互化——用正弦定理把 sin 全换成边,再用余弦定理读出 cosC 的符号。这条路的好处是不用分三段,一步就把 C 压进 (0,2π]。
第一下:sinC≤1 是个白送的上界。 因为 C∈(0,π),所以 sinC∈(0,1]。于是
sin2A+sin2B=sinC=1⋅sinC ≥ sinC⋅sinC=sin2C
第二下:换成边。 正弦定理 sinAa=sinBb=sinCc=2R 说明 sinA:sinB:sinC=a:b:c,所以上式两边同乘 (2R)2 就是
a2+b2 ≥ c2
第三下:读符号。 余弦定理 cosC=2aba2+b2−c2 的分子非负、分母为正,故 cosC≥0,即
C∈(0,2π]
第四下:把开区间那一半否掉。 用反证法——反设 C<2π,那么 A+B>2π。由条件 cosAcosBsinC=41>0 得 cosAcosB>0;两个都为负意味着有两个钝角,三角形里不可能,所以 A,B 都是锐角。此时 A>2π−B 且两边都是锐角,单调性给出 sinA>cosB>0,于是
sinC=sin2A+sin2B>cos2B+sin2B=1
与 sinC≤1 矛盾。反设不成立,故 C=2π。■
两条路都绕不开同样两块地基:先用 cosAcosBsinC=41>0 把 A,B 锁成锐角,再用「锐角上正弦单调递增」去比大小。区别在于:解法一把三分做在 A+B 与 2π 的关系上,单调性三段各推一次;解法二先拿 sinC≤1 把 C 卡进 (0,2π],单调性只推一次,代价是要先想到那个上界。
那块地基谁都不能省:单靠 sinC=sin2A+sin2B,C 定不下来(解法一里那个 147.3∘ 的反例就在它的解集里)。「A,B 是锐角」不是显然的,是挣来的。
合流:定出三角形,验 B、C、D
已知 C=2π,于是 sinC=1,第二个条件变成
cosAcosB=41,而 B=2π−A ⇒ cosB=sinA
所以 sinAcosA=41,即 sin2A=21。A 是锐角故 2A∈(0,π),得 2A=6π 或 65π。不妨设 A<B:
A=12π=15∘,B=125π=75∘,C=90∘

算边长。 tan75∘=2+3,设 BC=t,则 AC=(2+3)t,斜边 AB=(2+6)t。由三角形面积公式(直角三角形即两直角边之积的一半)
S=21(2+3)t2=41 ⟹ t2=(23−1)2 ⟹ t=23−1
逐项验:
- B:AB=(6+2)⋅23−1=2。对。
- C:sin15∘+sin75∘=46−2+46+2=26。对。
- D:勾股定理给 AC2+BC2=AB2=2,不是 3。错。
故选 ABC。
🕳️ 避坑
- A 只是把条件用二倍角重写,别因为「太直接」而怀疑它、去找不存在的陷阱。
- D 的陷阱:C=90∘ 时 AC2+BC2 恒等于 AB2=2。看到 3 要立刻警觉,而不是去凑。
- 两条路都别漏掉「A,B 都是锐角」这一步——它是用「正弦单调递增」的前提,跳过去整段推理就不成立。