5.8 三角函数的综合应用
典例精析
题型一 利用三角函数的性质解应用题
【例1】如图,ABCD是一块边长为100 m的正方形地皮,其中AST是一半径为90 m的扇形小山,其余部分都是平地.一开发商想在平地上建一个矩形停车场,使矩形的一个顶点P在上,相邻两边CQ、CR分别落在正方形的边BC、CD上,求矩形停车场PQCR面积的最大值和最小值.
【解析】如图,连接AP,过P作PM⊥AB于M.
设∠PAM=α,0≤α≤,
则PM=90sin α,AM=90cos α,
所以PQ=100-90cos α,PR=100-90sin α,
于是S四边形PQCR=PQ·PR
=(100-90cos α)(100-90sin α)
=8 100sin αcos α-9 000(sin α+cos α)+10 000.
设t=sin α+cos α,则1≤t≤,sin αcos α=.
S四边形PQCR=8 100·-9 000t+10 000
=4 050(t-)2+950 (1≤t≤).
当t=时,(S四边形PQCR)max=14 050-9 000 m2;
当t=时,(S四边形PQCR)min=950 m2.
【点拨】同时含有sin θcos θ,sin θ±cos θ的函数求最值时,可设sin θ±cos θ=t,把sin θcos θ用t表示,从而把问题转化成关于t的二次函数的最值问题.注意t的取值范围.
【变式训练1】若0<x<,则4x与sin 3x的大小关系是( )
A.4x>sin 3x B.4x<sin 3x
C.4x≥sin 3x D.与x的值有关
【解析】令f(x)=4x-sin 3x,则f′(x)=4-3cos 3x.因为f′(x)=4-3cos 3x>0,所以f(x)为增函数.又0<x<,所以f(x)>f(0)=0,即得4x-sin 3x>0.所以4x>sin 3x.故选A.
题型二 函数y=Asin(ωx+φ)模型的应用
【例2】已知某海滨浴场的海浪高度y(米)是时间t(0≤t≤24,单位:小时)的函数,记作y=f(t).下表是某日各时的浪花高度数据.
经长期观测,y=f(t)的曲线可近似地看成是函数y=Acos ωt+b.
(1)根据以上数据,求出函数y=Acos ωt+b的最小正周期T、振幅A及函数表达式;
(2)依据规定,当海浪高度高于1米时才对冲浪爱好者开放. 请依据(1)的结论,判断一天内的上午8:00至晚上20:00之间,有多少时间可供冲浪者进行运动?
【解析】(1)由表中数据知,周期T=12,所以ω===.
由t=0,y=1.5,得A+b=1.5,由t=3,y=1.0,得b=1.0,
所以A=0.5,b=1,所以振幅为.所以y=cos t+1.
(2)由题知,当y>1时才可对冲浪者开放,
所以cos t+1>1,所以cos t>0,
所以2kπ-<t<2kπ+,即12k-3<t<12k+3.①
因为0≤t≤24,故可令①中k分别为0,1,2,得0≤t<3或9<t<15或21<t≤24.
故在规定时间上午8:00至晚上20:00之间,有6个小时时间可供冲浪者运动,即上午9:00至下午15:00.
【点拨】用y=Asin(ωx+φ)模型解实际问题,关键在于根据题目所给数据准确求出函数解析式.
【变式训练2】如图,一个半径为10 m的水轮按逆时针方向每分钟转4圈,记水轮上的点P到水面的距离为d m(P在水面下则d为负数),则d(m)与时间t(s)之间满足关系式:d=Asin(ωt+φ)+k(A>0,ω>0,-<φ<),且当点P从水面上浮现时开始计算时间,有以下四个结论:①A=10;②ω=;③φ=;④k=5.其中正确结论的序号是 .
【解析】①②④.
题型三 正、余弦定理的应用
【例3】为了测量两山顶M、N间的距离,飞机沿水平方向在A、B两点进行测量,A、B、M、N在同一个铅垂平面内(如图所示),飞机能测量的数据有俯角和A、B之间的距离,请设计一个方案,包括:(1)指出需测量的数据(用字母表示,并在图中标示);(2)用文字和公式写出计算M、N间距离的步骤.
【解析】(1)如图所示:①测AB间的距离a;②测俯角∠MAB=φ,∠NAB=θ,∠MBA=β,∠NBA=γ.(2)在△ABM中 ,∠AMB=π-φ-β,由正弦定理得
BM==,
同理在△BAN中,BN==,
所以在△BMN中,由余弦定理得
MN=
=.
【变式训练3】一船向正北方向匀速行驶,看见正西方向两座相距10海里的灯塔恰好与该船在同一直线上,继续航行半小时后,看见其中一座灯塔在南偏西60°方向上,另一灯塔在南偏西75°方向上,则该船的速度是 海里/小时.
【解析】本题考查实际模型中的解三角形问题.依题意作出简图,易知AB=10,∠OCB=60°,∠OCA=75°.我们只需计算出OC的长,即可得出船速.在直角三角形OCA和OCB中,显然有=tan∠OCB=tan 60°且=tan∠OCA=tan 75°,
因此易得AB=OA-OB=OC(tan 75°-tan 60°),即有
OC==
=
===5.
由此可得船的速度为5海里÷0.5小时=10海里/小时.
总结提高
1.解三角形的应用题时应注意:
(1)生活中的常用名词,如仰角,俯角,方位角,坡比等;
(2)将所有已知条件化入同一个三角形中求解;
(3)方程思想在解题中的运用.
2.解三角函数的综合题时应注意:
(1)与已知基本函数对应求解,即将ωx+φ视为一个整体X;
(2)将已知三角函数化为同一个角的一种三角函数,如y=Asin(ωx+φ)+B或y=asin2x+bsin x+c;
(3)换元方法在解题中的运用.
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