已知 $\triangle ABC$,如果适当排列 $\sin A,\cos A,\tan A$ 的顺序,可使它们成为一个等比数列,那么角 $A$ 的大小属于区间 \((\qquad)\)
【难度】
【出处】
2015年第二十六届“希望杯”全国数学邀请赛高二(一试)
【标注】
【答案】
A
【解析】
根据题意,有\[\begin{split} \sin^2A&=\cos A\cdot \tan A,\\
\cos^2A&=\sin A\cdot \tan A,\\
\tan^2A&=\sin A\cdot \cos A,\end{split}\]中的一个成立.其中第一个等式等价于 $\sin A=0$ 或 $\sin A=1$,不符合题意.
情形一 $\cos^2A=\sin A\cdot \tan A$.此时\[\sin ^2A=\cos^3A,\]也即\[\cos^2A+\cos^3A=1,\]考虑到函数 $f(x)=x^3+x^2$ 在 $\left(-1,-\dfrac 23\right)$ 上单调递增,在 $\left(-\dfrac 23,0\right)$ 上单调递减,在 $\left(0,1\right)$ 上单调递增,且\[f\left(-\dfrac 23\right)=\dfrac 8{27},f(1)=2,f\left(\dfrac{\sqrt 2}2\right)=\dfrac{2+\sqrt 2}4,\]于是符合题意的 $\cos A$ 有且只有一个,在区间 $\left(\dfrac{\sqrt 2}2,1\right)$ 上,对应的 $A$ 在 $\left(0,\dfrac{\pi}4\right)$ 上.
情形二 $\tan^2A=\sin A\cdot \cos A$.此时\[\sin A=\cos^3A,\]即\[\sin A-\cos^3A=0.\]此时 $A$ 是锐角,记左侧为 $g(A)$,则 $g(A)$ 是关于 $A$ 的单调递增函数.而\[g(0)=-1,g\left(\dfrac{\pi}4\right)=\dfrac{\sqrt 2}4,\]因此符合题意的 $A$ 只有一个,在区间 $\left(0,\dfrac{\pi}4\right)$ 上.
综上所述,符合题意的角 $A$ 的大小属于区间 $\left(0,\dfrac{\pi}{4}\right)$.
\cos^2A&=\sin A\cdot \tan A,\\
\tan^2A&=\sin A\cdot \cos A,\end{split}\]中的一个成立.其中第一个等式等价于 $\sin A=0$ 或 $\sin A=1$,不符合题意.
综上所述,符合题意的角 $A$ 的大小属于区间 $\left(0,\dfrac{\pi}{4}\right)$.
题目
答案
解析
备注