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一道课本证明题的几个变式

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变式教学是指在教学过程中通过变更概念非本质的特征、改变问题的条件或结论、转换问题的形式或内容,有意识、有目的地引导学生从“变”的现象中发现“不变”的本质,从“不变”的本质中探究“变”的规律的一种教学方式.下面举例说明.(注:和差化积、积化和差公式请参阅教材)

人教A版选修22第96页例1:在ABC中,三个内角A,B,C对应的边分别为a,b,c,且A,B,C成等差数列,a,b,c成等比数列,求证ABC为等边三角形.

变式1在ABC中,三个内角A,B,C对应的边分别为a,b,c,且A,B,C成等差数列,a,b,c也成等差数列,求证ABC为等边三角形.

证明:由A,B,C成等差数列知,B=〖SX(〗π3,由余弦定理知b2=a2+c2-ac,

又a,b,c也成等差数列,b=〖SX(〗a+c2,代入上式得〖SX(〗(a+c)42=a2+c2-ac,

整理得3(a-c)2=0,a=c,从而A=C,而B=〖SX(〗π3,则A=B=C=〖SX(〗π3,

从而ABC为等边三角形.

变式2在ABC中,三个内角A,B,C对应的边分别为a,b,c,且cosA,cosB,cosC成等比数列,a,b,c成等差数列,求证ABC为等边三角形.

证明:由于cosA,cosB,cosC成等比数列,则cos2B=cosAcosC,即2cos2B=cos(A+C)+cos(A-C),2cos2B=-cosB+cos(A-C)(1)

又a,b,c成等差数列,则2sinB=sinA+sinC,

则4sin〖SX(〗B2cos〖SX(〗B2=2sin〖SX(〗A+C2cos〖SX(〗A-C2,

由于cos〖SX(〗B2=sin〖SX(〗A+C2≠0,

2sin〖SX(〗B2=cos〖SX(〗A-C2,

即cos(A-C)=2cos2〖SX(〗A-C2-1=8sin2〖SX(〗B2-1=3-4cosB(2)

将(2)式代入(1)式得:2cos2B+5cosB-3=0,

cosB=〖SX(〗12或cosB=-3(舍去),而0

B=〖SX(〗π3(3)

将(3)代入(1)得:cos(A-C)=1,由于-π

因此A=B=C=〖SX(〗π3,从而ABC为等边三角形.

变式3在ABC中,三个内角A,B,C对应的边分别为a,b,c,且cosA,cosB,cosC成等比数列,a,b,c成等比数列,求证ABC为等边三角形.

证明:由于cosA,cosB,cosC成等比数列,则cos2B=cosAcosC,即2cos2B=cos(A+C)+cos(A-C),2cos2B=-cosB+cos(A-C)(1)

又a,b,c成等比数列,则sin2B=sinAsinC,

2sin2B=cos(A-C)+cosB,

即cos(A-C)=2sin2B-cosB(2)

将(2)代入(1)得:2cos2B+cosB-1=0,

cosB=〖SX(〗12或cosB=-1(舍去)

而0

将(3)代入(1)得:cos(A-C)=1,

由于-π

变式4在ABC中,三个内角A,B,C对应的边分别为a,b,c,且cosA,cosB,cosC成等差数列,a,b,c成等差数列,求证ABC为等边三角形.

证明:由于cosA,cosB,cosC成等差数列,则2cosB=cosA+cosC=2cos〖SX(〗A+C2cos〖SX(〗A-C2

cos〖SX(〗A-C2=〖SX(〗cosBsin〖SX(〗B2(1)

又a,b,c成等差数列,则2sinB=sinA+sinC,

〖HJ4.3p〗4sin〖SX(〗B2cos〖SX(〗B2=2sin〖SX(〗A+C2cos〖SX(〗A-C2,

由于cos〖SX(〗B2=sin〖SX(〗A+C2≠0,

2sin〖SX(〗B2=cos〖SX(〗A-C2(2)

将(1)代入(2)得cosB=2sin2〖SX(〗B2=1-cosB,

cosB=〖SX(〗12,而0

将(3)代入(2)得:cos〖SX(〗A-C2=1,由于-〖SX(〗π2

因此A=B=C=〖SX(〗π3,从而ABC为等边三角形.

变式5在ABC中,三个内角A,B,C对应的边分别为a,b,c,且cosA,cosB,cosC成等差数列,a,b,c成等比数列,求证ABC为等边三角形.

证明:由于cosA,cosB,cosC成等差数列,则2cosB=cosA+cosC=2cos〖SX(〗A+C2cos〖SX(〗A-C2

cos〖SX(〗A-C2=〖SX(〗cosBsin〖SX(〗B2,

则cos(A-C)=2cos2〖SX(〗A-C2-1=〖SX(〗2cos2Bsin2〖SX(〗B2-1(1)

又a,b,c成等比数列,则sin2B=sinAsinC,

2sin2B=cos(A-C)+cosB,

即cos(A-C)=2sin2B-cosB(2)

将(1)代入(2)整理得:5cos2B+4cosB-3=2cos3B,

即4cos2B+4cosB-3=2cos3B-cos2B,分解因式得

(2cosB-1)(cosB-3)(cosB+1)=0,

cosB=〖SX(〗12或cosB=-1(舍去)或cosB=3(舍去),

而0

将(3)代入(2)得:cos(A-C)=1,

由于-π

数学变式教学是通过一个问题的变式来达到解决一类问题的目的,对引导同学们主动学习,掌握数学“双基”,领会数学思想,发展应用意识和创新意识,提高数学素养,形成积极的情感态度,养成良好的学习习惯,都具有很好的推动作用.