勇于质疑,不怕被打脸!老黄最近一段时间,一直在研究2022年的高考数学真题。这几天发现2022年理科全国乙卷中,可能存在一个错误,指出来和大家一起探讨一下。请大家教教老黄!这到底是怎么回事!
这是一道三角函数的问题。由于老黄一开始走错了方向,解不出来,但却得到了一个足以质疑这道题的结论。我们先来看题目和题目被设定的解法,最后老黄再指出这个质疑。
记△ABC的内角A, B, C的对边分别为a, b, c,已知sinCsin(A-B)=sinBsin(C-A).
(1)证明:2a^2=b^2+c^2;
(2)若a=5, cosA=25/31,求△ABC的周长.
分析:(1)有一个正确的思路是,根据正弦定理和余弦定理,分别用含a,b,c的式子表示三个角的正弦和余弦值。运用差的正弦公式sin(x-y)=sinxcosy-sinycosx,把已知的三角函数等量关系展开,然后分别代入含a,b,c的式子,化简就可以得到要证明的等式了。
(2)根据余弦定理,用含a,b,c的式子表示cosA,再把(1)的结论代入,结合a=5,就可以求得2bc的大小,又b^2+c^2=2a^2=50,就可以得到(b+c)^2的值,从而得到a+b的值,就有a+b+c的值,这就是三角形ABC的周长了。第二个小题反而看起来更加简单。
(1)证明:由sinCsin(A-B)=sinBsin(C-A),有
sinCsinAcosB-sinCcosAsinB=sinBsinCcosA-sinBcosCsinA,
可设sinA/a=sinB/b=sinC/c=k,则sinA=ak, sinB=bk, sinC=ck.
所以ack^2(a^2+c^2-b^2)/(2ac)-bck^2(b^2+c^2-a^2)/(2bc)
=bck^2(b^2+c^2-a^2)/(2bc)-ack^2(a^2+c^2-b^2)/(2ac)
化简得2a^2+b^2+c^2, 得证!
(2)解:依题意:cosA=(b^2+c^2-a^2)/(2bc)=a^2/(2bc)=25/31.
2bc=31,
又b^2+c^2=(b+c)^2-2bc=(b+c)^2-31=50,
∴(b+c)^2=81, b+c=9,
△ABC的周长为:a+b+c=14.
整道题看起来似乎毫无破绽,其实不然。只要我们对已知的三角函数等式进行如下化简,问题就会浮出水面:
尝试解法:(1)由sinCsin(A-B)=sinBsin(C-A),有
sinCsinAcosB-sinCcosAsinB=sinBsinCcosA-sinBcosCsinA,
sinCsinAcosB+sinBcosCsinA=sinBsinCcosA+sinCcosAsinB,
sinAsin(B+C)=sinCsin(A+B), (sinA)^2=(sinC)^2,
∴sinA=sinC. ……【接下来证明不下去了】
这个方法想要证明(1)的结论恐怕比较困难,但它却为(2)埋下了错误的种子。
其实我们前面已经证明(1)的结论是正确的了,所以我们现在回过头来可以运用(1)的结论。
(2)因为a=sinA/k,b=sinB/k,c=sinC/k,所以有2(sinA/k)^2=(sinB/k)^2+(sinC/k)^2,
即2(sinA)^2=(sinB)^2+(sinC)^2,代入sinA=sinC,可以得到 2(sinC)^2=(sinB)^2+(sinC)^2,
从而有sinB=sinC=sinA,而符合这个条件的,只有A=B=C,从而a=b=c,即:
当a=5时,三角形ABC的周长为3a=15.【这就和上面被设定的解法的结论产生矛盾了】
关键是这个时候cosA应该是等于1/2,而不等于25/31.
把第二小题的“cosA=25/31”,修改成"cosA=1/2",就可以解得a+b+c=15. 而且用上面的解法也是可以推出"cosA=1/2"的。这完全没有毛病。所以这道题的错误可能是这样的:由题目的条件(注意,并非(1)的条件,(1)其实并没有给出任何条件,只是从题目的条件中推出一个结论),可以推导出cosA=1/2。而(2)却又强行给cosA赋了值,使之等于25/31。这波操作在计算机编程中兴许是被允许的,但在数学中,却是绝对错误的。
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