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余弦定理

余弦定理是描述三角形中三邊長度與一個(gè)角的余弦值關(guān)系的數(shù)學(xué)定理。運(yùn)用它可解決一類已知三角形兩邊及夾角求第三邊或者是已知三個(gè)邊求角的問題。

基本信息

  • 中文名稱

    余弦定理

  • 外文名稱

    cos

目錄
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  • 1 基本簡介

  • 2 數(shù)學(xué)應(yīng)用

  • 2.1 求邊

  • 2.2 求角

  • 3 定理證明

  • 3.1 平面向量證法

  • 3.2 平面幾何證法

  • 4 相關(guān)應(yīng)用

1 基本簡介

余弦定理,是描述三角形中三邊長度與一個(gè)角的余弦值關(guān)系的數(shù)學(xué)定理。是勾股定理在一般三角形情形下的推廣。高中階段,余弦定理是比較重要的數(shù)學(xué)公式

余弦定理

如圖所示,△ABC,余弦定理可表示為:

a^2=b^2+c^2--2bc cos A,

同理,也可描述為:

b^2=a^2+c^2--2ac cos B,

c^2=a^2+b^2--2ab cos C

變式:

2a=2b+2c-2bc cos A==>2a=2(b+c-bc cos A)——a=b+c-bc co sA

其他同理。

cos A=b^2+c^2-a^2/2bc

其他同理。

2 數(shù)學(xué)應(yīng)用

余弦定理是解三角形中的一個(gè)重要定理,可應(yīng)用于以下兩種需求:

  • 當(dāng)已知三角形的兩邊及其夾角,可由余弦定理得出已知角的對(duì)邊。

  • 當(dāng)已知三角形的三邊,可以由余弦定理得到三角形的三個(gè)內(nèi)角。

2.1 求邊

余弦定理公式可變換為以下形式:

如果知道了三角形的兩邊及其夾角,可由余弦定理得出已知角的對(duì)邊。

2.2 求角

余弦定理公式可變換為以下形式:

因?yàn)橛嘞液瘮?shù)在 上的單調(diào)性,可以得到:

因此,如果已知三角形的三條邊,可以由余弦定理得到三角形的三個(gè)內(nèi)角。

3 定理證明

3.1 平面向量證法

∵如圖,有 a+ b= c (平行四邊形定則:兩個(gè)鄰邊之間的 對(duì)角線代表兩個(gè)鄰邊大小)∴ c· c=(a+ b)·( a+ b)

∴ c^2= a· a+2 a· b+ b· b∴ c^2= a^2+ b^2+2| a|| b| Cos(π-θ)(以上粗體字符表示向量)

又∵c os(π-θ)=-Cosθ

∴c^2=a^2+b^2-2|a||b|c osθ(注意:這里用到了 三角函數(shù)公式)

再拆開,得c^2=a^2+b^2-2*a*b* CosC

即 c osC=(a^2+b^2-c^2)/2*a*b

同理可證其他,而下面的c osC=(a^2+b^2-c^2)/2ab就是將c osC移到左邊表示一下。

3.2 平面幾何證法

在任意△ABC中

余弦定理

做AD⊥BC.

∠C所對(duì)的邊為c,∠B所對(duì)的邊為b,∠A所對(duì)的邊為a

則有BD=cosB*c,AD=sinB*c,DC=BC-BD=a-cosB*c

根據(jù) 勾股定理可得:

AC2=AD2+DC2

b2=(sinB*c)2+(a-cosB*c)2

b2=(sinB*c)2+a2-2ac*cosB+(cosB*c)2

b2=(sinB^2+cosB^2)*c2-2ac*cosB+a2  

b2=c2+a2-2ac*cosB

\begin{displaymath} cosB=(c2+a2b2)~2*a*c \end{displaymath}

\(\)

4 相關(guān)應(yīng)用

在實(shí)際生活中,余弦定理是在計(jì)算機(jī)應(yīng)有技術(shù)中的智能推薦系統(tǒng),新聞分類中的基本算法之一。從吳軍的《數(shù)學(xué)之美》那本書上知道余弦公式是可以對(duì)新聞進(jìn)行分類的,當(dāng)然就可以用來對(duì)用戶進(jìn)行分類了。引用《數(shù)學(xué)之美》文章中的話:“向量實(shí)際上是多維空間中有方向的線段。如果兩個(gè)向量的方向一致,即夾角接近零,那么這兩個(gè)向量就相近。而要確定兩個(gè)向量方向是否一致,這就要用到余弦定理計(jì)算向量的夾角了。” “當(dāng)兩條新聞向量夾角的余弦等于一時(shí),這兩條新聞完全重復(fù)(用這個(gè)辦法可以刪除重復(fù)的網(wǎng)頁);當(dāng)夾角的余弦接近于一時(shí),兩條新聞相似,從而可以歸成一類;夾角的余弦越小,兩條新聞越不相關(guān)。 ”同理,可以在推薦系統(tǒng)中用來計(jì)算用戶或者商品的相似性。

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