1714

1714

已知锐角三角形 ABC 的内角 A,B,C 的对边分别为 a,b,c, 且 a2+b2+c2=4ab.

  1. 求角 C 的取值范围;
  2. 证明: cos⁡(A−B)=cos2⁡C+2cos⁡C−2cos⁡C−2;
  3. 求 1tan2⁡A+1tan2⁡B+3tan2⁡C 的取值范围.
解答

  1. 解 首先 C∈(0,π2). 不妨设 a≥b. 则在锐角三角形中 b2+c2>a2, 也即 4ab−a2>a2, 解得 a<2b. 所以 1≤ba<2. 这样根据余弦定理 (1)cos⁡C=a2+b2−c22ab=ab+ba−2∈[0,12). 这样 C∈(π3,π2).
  2. 证明 根据 (1) 和正弦定理 (2)cos⁡C+2=sin2⁡A+sin2⁡Bsin⁡Asin⁡B=2−cos⁡2A−cos⁡2Bcos⁡(A−B)−cos⁡(A+B)=2−2cos⁡(A+B)cos⁡(A−B)cos⁡(A−B)−cos⁡(A+B)=2+2cos⁡Ccos⁡(A−B)cos⁡(A−B)+cos⁡C, 解得 (3)cos⁡(A−B)=cos2⁡C+2cos⁡C−2cos⁡C−2.
  3. 解 1tan2⁡A+1tan2⁡B=1sin2⁡A+1sin2⁡B−2=sin2⁡A+sin2⁡Bsin2⁡Asin2⁡B−2=(1)cos⁡C+2sin⁡Asin⁡B−2=2(cos⁡C+2)cos⁡(A−B)−cos⁡(A+B)−2=(2)2(cos⁡C+2)cos2⁡C+2cos⁡C−2cos⁡C−2+cos⁡C−2=cos2⁡C−4cos2⁡C−1−2=−1+3sin2⁡C, 于是1tan2⁡A+1tan2⁡B+3tan2⁡C=6sin2⁡C−4∈(2,4).