已知 $a,b,c$ 分别为 $\triangle ABC$ 三个内角 $A,B,C$ 的对边,$b\cos C+\sqrt 3b\sin C-a-c=0$.
【难度】
【出处】
2013年全国高中数学联赛吉林省预赛
【标注】
  • 数学竞赛
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    三角
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    解三角形
  • 数学竞赛
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    三角
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    解三角形
  1. 求证:$A,B,C$ 成等差数列;
    标注
    • 数学竞赛
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      三角
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      解三角形
    答案
    解析
    因为$$b\cos C+\sqrt 3b\sin C-a-c=0,$$所以\[\sin B\cos C+\sqrt 3\sin B\sin C-\sin A-\sin C=0.\]又因为$$A+B+C=\pi,$$所以$$\sin A=\sin (B+C),$$故\[\sin B\cos C+\sqrt 3\sin B\sin C-\sin (B+C)-\sin C=0,\]化简得$$(\sqrt 3\sin B-\cos B-1)\sin C=0.$$又 $0<C<\pi$,所以 $\sin C>0$,故\[\sqrt 3\sin B-\cos B-1=0,\]即$$2\sin \left(B-\dfrac{\pi}{6}\right)=1.$$因为 $0<B<\pi$,所以 $B=\dfrac{\pi}{3}$.
    又 $A+B+C=\pi$,所以$$A+C=\dfrac{2\pi}{3}=2B,$$从而 $A,B,C$ 成等差数列.
  2. 若 $b=\sqrt 3$,求 $2a+c$ 的最大值.
    标注
    • 数学竞赛
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      三角
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      解三角形
    答案
    $2\sqrt 7$
    解析
    由正弦定理$$\dfrac{a}{\sin A}=\dfrac{b}{\sin B}=\dfrac{c}{\sin C},$$得\[\dfrac{a}{\sin A}=\dfrac{c}{\sin C}=\dfrac{\sqrt 3}{\dfrac{\sqrt 3}{2}},\]所以$$2a+c=4\sin A+2\sin C.$$因为 $B=\dfrac{\pi}{3}$,所以 $C=\dfrac{2\pi}{3}-A$,于是\[\begin{split} 2a+c & =4\sin A+2\sin\left(\dfrac{2\pi}{3}-A\right)\\&=4\sin A+2\left(\dfrac{\sqrt 3}{2}\cos A+\dfrac{1}{2}\sin A\right)\\&=5\sin A+\sqrt 3\cos A\\&=2\sqrt 7\left(\sin A\cdot \dfrac{5\sqrt 7}{14}+\cos A\cdot \dfrac{\sqrt{21}}{14}\right)\\&=2\sqrt 7\sin (A+\varphi)\leqslant 2\sqrt 7,\end{split}\]所以其中锐角 $\varphi$ 满足$$\sin \varphi=\dfrac{\sqrt {21}}{14} , \cos\varphi=\dfrac{5\sqrt 7}{14},$$因此 $A\in\left(0,\dfrac{2\pi}{3}\right)$,所以当 $A$ 为 $\varphi$ 的余角,即$$2\sqrt 7\sin (A+\varphi)=2\sqrt 7$$时,$2a+c$ 取最大值 $2\sqrt 7$.
题目 问题1 答案1 解析1 备注1 问题2 答案2 解析2 备注2
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