浙江 2025 · 数学 q11

题解图(官方解法,据图核) · 规范化转写 · 攻略即本题解法

题解图(原卷截图 · 含答案与官方解析)

浙江 2025 · 数学 q11 原卷截图(含答案)

文字转写(题面 + 答案)

题面

  1. 已知 ABC\triangle ABC 的面积为 14\frac{1}{4}, 若 cos2A+cos2B+2sinC=2,cosAcosBsinC=14\cos 2A + \cos 2B + 2\sin C = 2, \cos A\cos B\sin C = \frac{1}{4}, 则 ( ) A. sinC=sin2A+sin2B\sin C = \sin^{2} A + \sin^{2} B B. AB=2AB = \sqrt{2} C. sinA+sinB=62\sin A + \sin B = \frac{\sqrt{6}}{2} D. AC2+BC2=3AC^{2} + BC^{2} = 3

答案

ABC

本题的知识树

4 概念 · 4 公式 · 1 题型 · 3 套路 · 最深 4 层。长链是构建期派生的,源文件里只有最小一步。

攻略(零基础 → 会做)

解三角形 · 两条路都能证出这是个直角三角形 · 最终答案:ABC

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=π2C=\dfrac{\pi}{2},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=12sin2A\cos 2A=1-2\sin^2 A

代进 cos2A+cos2B+2sinC=2\cos 2A+\cos 2B+2\sin C=2

(12sin2A)+(12sin2B)+2sinC=2  sinC=sin2A+sin2B(1-2\sin^2A)+(1-2\sin^2B)+2\sin C=2\ \Longrightarrow\ \boxed{\sin C=\sin^2A+\sin^2B}

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+sin2BcosAcosBsinC=14\sin C=\sin^2A+\sin^2B \qquad\text{与}\qquad \cos A\cos B\sin C=\tfrac14

难点来了:怎么从第一个条件看出 CC 是直角?下面两条路。

解法一:分类讨论比大小

怎么想到的。 三角形A+B+C=πA+B+C=\pi,所以「CC 是不是直角」等价于「A+BA+B 是不是 π2\dfrac{\pi}{2}」。而 A+BA+Bπ2\dfrac{\pi}{2} 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,BA,B 锁成锐角。 三分比大小要靠「正弦在 (0,π2)\left(0,\dfrac{\pi}{2}\right) 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AABB 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)C\in(0,\pi)sinC>0\sin C>0,于是

cosAcosB=14sinC>0\cos A\cos B=\frac{1}{4\sin C}>0

cosA\cos AcosB\cos B 同号。若同为负,则 A,BA,B 都是钝角、A+B>πA+B>\pi三角形里不可能;故同为正:

A, B(0,π2)A,\ B\in\left(0,\tfrac{\pi}{2}\right)

为什么这一步不能省。 只拿 sinC=sin2A+sin2B\sin C=\sin^2A+\sin^2B一个条件,CC 根本定不下来:取 A=π2+1147.30A=\dfrac{\pi}{2}+1\approx147.30^\circB12.78B\approx12.78^\circC19.93C\approx19.93^\circ,两边都是 0.340830.34083, 条件成立,而 CC 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\cos A\cos B>0 (它这里是 cosA0.84<0\cos A\approx-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。A+B=πCA+B=\pi-C 及诱导公式,sin(A+B)=sinC\sin(A+B)=\sin C,把它展开代进 sinC=sin2A+sin2B\sin C=\sin^2A+\sin^2B

sinAcosB+sinBcosA=sin2A+sin2B\sin A\cos B+\sin B\cos A=\sin^2A+\sin^2B

移项、按 sinA\sin AsinB\sin B 分组:

sinA(sinAcosB)+sinB(sinBcosA)=0()\sin A\,(\sin A-\cos B)+\sin B\,(\sin B-\cos A)=0 \qquad (\star)

注意 sinA>0, sinB>0\sin A>0,\ \sin B>0三角形内角),所以 ()(\star) 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(0,π2)\left(0,\dfrac{\pi}{2}\right)单调递增,以及 cosB=sin ⁣(π2B)\cos B=\sin\!\left(\dfrac{\pi}{2}-B\right)。第一步已经把 AABB 关进 (0,π2)\left(0,\dfrac{\pi}{2}\right),于是 π2A\dfrac{\pi}{2}-Aπ2B\dfrac{\pi}{2}-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。

  • A+B<π2A+B<\dfrac{\pi}{2},即 A<π2BA<\dfrac{\pi}{2}-B。两边都是锐角,单调性给出 sinA<cosB\sin A<\cos B;同理 sinB<cosA\sin B<\cos A。于是 ()(\star) 左边严格小于 0,与它等于 0 矛盾。排除。
  • A+B>π2A+B>\dfrac{\pi}{2},即 A>π2BA>\dfrac{\pi}{2}-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\sin A>\cos BsinB>cosA\sin B>\cos A()(\star) 左边严格大于 0排除。
  • A+B=π2A+B=\dfrac{\pi}{2},则 sinA=cosB\sin A=\cos BsinB=cosA\sin B=\cos A()(\star) 左边恰好是 00成立。

三段穷尽,只剩一段,故

A+B=π2,C=π2.A+B=\frac{\pi}{2},\qquad C=\frac{\pi}{2}.

解法二:边角互化夹逼

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sin\sin 全换成边,再用余弦定理读出 cosC\cos C 的符号。这条路的好处是不用分三段,一步就把 CC 压进 (0,π2]\left(0,\dfrac{\pi}{2}\right]

第一下:sinC1\sin C\le 1 是个白送的上界。 因为 C(0,π)C\in(0,\pi),所以 sinC(0,1]\sin C\in(0,1]。于是

sin2A+sin2B=sinC=1sinC  sinCsinC=sin2C\sin^2A+\sin^2B=\sin C=1\cdot\sin C\ \ge\ \sin C\cdot\sin C=\sin^2 C

第二下:换成边。 正弦定理 asinA=bsinB=csinC=2R\dfrac{a}{\sin A}=\dfrac{b}{\sin B}=\dfrac{c}{\sin C}=2R 说明 sinA:sinB:sinC=a:b:c\sin A:\sin B:\sin C=a:b:c,所以上式两边同乘 (2R)2(2R)^2 就是

a2+b2  c2a^2+b^2\ \ge\ c^2

第三下:读符号。 余弦定理 cosC=a2+b2c22ab\cos C=\dfrac{a^2+b^2-c^2}{2ab} 的分子非负、分母为正,故 cosC0\cos C\ge 0,即

C(0,π2]C\in\left(0,\tfrac{\pi}{2}\right]

第四下:把开区间那一半否掉。反证法——反设 C<π2C<\dfrac{\pi}{2},那么 A+B>π2A+B>\dfrac{\pi}{2}。由条件 cosAcosBsinC=14>0\cos A\cos B\sin C=\dfrac14>0cosAcosB>0\cos A\cos B>0;两个都为负意味着有两个钝角,三角形里不可能,所以 A,BA,B 都是锐角。此时 A>π2BA>\dfrac{\pi}{2}-B 且两边都是锐角,单调性给出 sinA>cosB>0\sin A>\cos B>0,于是

sinC=sin2A+sin2B>cos2B+sin2B=1\sin C=\sin^2A+\sin^2B>\cos^2B+\sin^2B=1

sinC1\sin C\le 1 矛盾。反设不成立,故 C=π2C=\dfrac{\pi}{2}\blacksquare

两条路都绕不开同样两块地基:先用 cosAcosBsinC=14>0\cos A\cos B\sin C=\dfrac14>0 A,BA,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+BA+Bπ2\dfrac{\pi}{2} 的关系上,单调性三段各推一次;解法二先拿 sinC1\sin C\le1CC 卡进 (0,π2]\left(0,\dfrac{\pi}{2}\right],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\sin C=\sin^2A+\sin^2BCC 定不下来(解法一里那个 147.3147.3^\circ 的反例就在它的解集里)。A,BA,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=π2C=\dfrac{\pi}{2},于是 sinC=1\sin C=1,第二个条件变成

cosAcosB=14,而 B=π2A  cosB=sinA\cos A\cos B=\tfrac14,\qquad\text{而 }B=\tfrac{\pi}{2}-A\ \Rightarrow\ \cos B=\sin A

所以 sinAcosA=14\sin A\cos A=\dfrac14,即 sin2A=12\sin 2A=\dfrac12AA 是锐角故 2A(0,π)2A\in(0,\pi),得 2A=π62A=\dfrac{\pi}{6}5π6\dfrac{5\pi}{6}。不妨设 A<BA<B

A=π12=15,B=5π12=75,C=90A=\frac{\pi}{12}=15^\circ,\qquad B=\frac{5\pi}{12}=75^\circ,\qquad C=90^\circ

教学图:15°-75°-90° 直角三角形,标注 AB=√2、C=90°、a²+b²=2,逐项验证选项

算边长。 tan75=2+3\tan 75^\circ=2+\sqrt3,设 BC=tBC=t,则 AC=(2+3)tAC=(2+\sqrt3)t,斜边 AB=(2+6)tAB=(\sqrt2+\sqrt6)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=12(2+3)t2=14  t2=(312)2  t=312S=\tfrac12\,(2+\sqrt3)t^2=\tfrac14\ \Longrightarrow\ t^2=\left(\tfrac{\sqrt3-1}{2}\right)^2\ \Longrightarrow\ t=\tfrac{\sqrt3-1}{2}

逐项验:

  • BAB=(6+2)312=2AB=(\sqrt6+\sqrt2)\cdot\dfrac{\sqrt3-1}{2}=\sqrt2对。
  • Csin15+sin75=624+6+24=62\sin15^\circ+\sin75^\circ=\dfrac{\sqrt6-\sqrt2}{4}+\dfrac{\sqrt6+\sqrt2}{4}=\dfrac{\sqrt6}{2}对。
  • D:勾股定理给 AC2+BC2=AB2=2AC^2+BC^2=AB^2=2,不是 33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=90C=90^\circAC2+BC2AC^2+BC^2 恒等于 AB2=2AB^2=2。看到 33 要立刻警觉,而不是去凑。
  • 两条路都别漏掉「A,BA,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。

本题涉及的教材页

7

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