(14分)(2016•浙江)在△ABC中,内角A,B,C所…——2017 高考数学第 16 题答案解析

2017_浙江 Paper

2017 Zhejiang Question 16 Free-response Differentiating
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16.(14分)(2016•浙江)在△ABC中,内角A,B,C所对的边分别为a,b,c,已知$\scriptstyle \mathbf { b } + \mathbf { c } = 2 \operatorname { a c o s B }$

(Ⅰ)证明:A=2B

(Ⅱ)若 $\triangle \mathrm { A B C }$ 的面积 ${ \mathrm { S } } { = } \frac { \mathsf { a } ^ { 2 } } { 4 } ,$ ,求角A的大小

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由正弦定理,设 $a=2R\sin A$,$b=2R\sin B$,$c=2R\sin C$。代入 $b+c=2a\cos B$,得
\[ \sin B+\sin C=2\sin A\cos B. \]
又 $C=\pi-A-B$,所以 $\sin C=\sin(A+B)$。于是
\[ \sin B+\sin A\cos B+\cos A\sin B=2\sin A\cos B, \]
整理得
\[ \sin B=\sin A\cos B-\cos A\sin B=\sin(A-B). \]
因为 $0<B<\pi$,且 $-\pi<A-B<\pi$,而 $\sin B>0$,故 $0<A-B<\pi$。由 $\sin(A-B)=\sin B$,得 $A-B=B$ 或 $A-B=\pi-B$。后者给出 $A=\pi$,不符合三角形内角,故
\[ A=2B. \]

由面积条件 $S=\frac12bc\sin A=\frac{a^2}{4}$,代入正弦定理得
\[ \frac12(2R)^2\sin B\sin C\sin A=\frac{(2R)^2\sin^2A}{4}, \]
即
\[ 2\sin B\sin C=\sin A. \]
由 $A=2B$,有
\[ 2\sin B\sin C=\sin2B=2\sin B\cos B. \]
因 $\sin B>0$,故 $\sin C=\cos B=\sin\left(\frac\pi2-B\right)$。又 $A=2B$ 且 $A+B+C=\pi$,可知 $B<\frac\pi3$,从而 $0<\frac\pi2-B<\pi$。由于 $0<C<\pi$,
\[ C=\frac\pi2-B \quad\text{或}\quad C=\frac\pi2+B. \]
若 $C=\frac\pi2-B$,则 $B+C=\frac\pi2$,所以 $A=\pi-(B+C)=\frac\pi2$。

若 $C=\frac\pi2+B$,结合 $A=2B$ 及 $A+B+C=\pi$,得
\[ 2B+B+\frac\pi2+B=\pi, \]
解得 $B=\frac\pi8$,故 $A=2B=\frac\pi4$。

因此 $A=90^\circ$ 或 $A=45^\circ$。

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