9年级下册数学 7.6 用锐角三角函数解决问题(1)—— 水坝 逐字稿-3,538字
师:同学们好,今天我们学习的课题是7.6用锐角三角函数解决问题。在前几节课中,我们已经掌握了锐角三角函数的相关知识,也学会了解直角三角形。数学知识源于生活又服务于生活,那用锐角三角函数能解决哪些生活中的问题呢?今天,我们就跟着小明一起去游乐场,看看一路上如何邂逅三角函数。请同学们看第一个问题:小明从家出发,路过一个横截面为等腰梯形的过街天桥,已知天桥高5米,斜面坡角为37度,求斜坡AB的长度。这是个实际问题,我们从数学角度出发,将其转化为数学问题。首先,在实际情境中抽象出几何图形,画出等腰梯形;接着,把题意中的条件和问题数学化,天桥高5米,即等腰梯形的高为5米,斜面坡角为37度。这里出现个新名词“坡角”,坡面与水平面的夹角叫做坡角。在本题中,任选一个斜坡AB与AD的夹角∠A,即为斜坡AB的坡角,是37度。最后提出的问题是求AB的长,这样就成功转化成数学问题了。这个问题该如何解决呢?大家一起来思考。
面对几何问题,我们先分清题目中的已知和未知。为便于分析,请同学们在图形上标注出已知条件和要求的内容。梯形的高为5米,过点B作BE垂直AD,垂足为E,即BE为5米,∠A为37度,要求的AB打个问号。梳理完已知和未知,现在寻找已知与未知之间的关系。BE、∠A还有AB,观察图形,同学们很快发现这三个元素在同一个直角三角形里。这时就容易联想到三角函数。在直角三角形ABE中,已知边BE和角∠A,前面解直角三角形的学习中,我们明确知道已知一边一角就能解出所有元素,那现在该选哪种三角函数来求解AB呢?根据这三个元素边角之间的位置关系,我们应选择角∠A的正弦。
解题思路清晰了,下面一起来规范解答。先描述辅助线,并根据题意将已知条件用数学符号语言表述出来,再选择适当的三角函数。本题选正弦值,用解直角三角形的规范过程求出未知量,最后回归实际问题的答案,别忘记答。这样就解决了这个实际问题。
回顾求解过程,同学们有什么收获呢?不难发现,根据已知与未知的数量关系,找出或构造直角三角形,就能利用锐角三角函数知识解决问题。在这个问题情境中,还能进一步提出哪些新问题呢?同学们先自己想一想,老师想了两个新问题,看看和你们想的是否一样。问题一:还能求出哪些线段的长呢?很显然,CD和AE的长,根据等腰梯形,易得CD等于AB。AE也在直角三角形ABE中,把sin∠A换成什么呢?换成tan∠A即可求出AE。问题二:若要知道桥底AD的宽度,还需要添加什么条件呢?这也是常见的提问方式,根据要知道的结论倒推需要给出的条件。请同学们思考一会,相信大家已经有答案了。AD是梯形的底边,不在一个直角三角形里,无法直接解出。这时重要的数学思想——转化思想,指引我们思考,可以将AD转化。不妨再过点C做CF垂直AD,这样AD就可以转化成AE、DF还有EF这三者之和。接下来逐一求出这三条线段即可。由等腰梯形易证三角形CDF和BAE全等,所以DF就等于AE,现在就只剩下EF了。在这个图形中,除了两个直角三角形,还能得到一个矩形EFCB,从而EF就等于BC。那么要知道EF,就是要知道CB的长,同学们有答案了吗?回归实际,我们需要添加桥面的宽度。
接下来把这个问题的条件变一变,红色字体就是变化的部分,由坡角变成了坡度。在生活中,除了坡角,坡度也能刻画斜坡的陡峭程度。什么是坡度呢?坡面的铅垂高度与水平宽度的比叫做坡度或坡比,记作i,i等于tanα,α为坡角。这里坡面的铅垂宽度任选坡面AB,即BE,水平宽度即AE。那么坡度就是BE与AE的比,即角∠A的正切。这样就得到一个新的数学问题,数学问题中如果条件发生变化,之前的思路过程会变化吗?首先,没了坡角就不能自由选择三角函数了,只能从坡度正切出发,由角∠A的正切可以得到AE的长,再结合勾股定理,就能得到AB的长。由此启发,在解直角三角形的问题中,常常还需要联合勾股定理一起解决。
在经历了和三角函数的天桥相会后,带着刚刚的收获,我们再一起来看看例一。如图,水坝的横截面是梯形ABCD,迎水坡BC的坡角为30度,背水坡AD的坡度i为1∶1.2,坝顶DC等于2.5米,坝高4.5米。求:一、背水AD的坡角;二、坝底AB的长度。这是个实际问题,同样需要转化成数学问题。先看题目中给出的抽象图形,一个梯形ABCD,把条件和问题数学化并标注在图上。迎水坡BC的坡角为30度,即∠B为30度;背水坡AD的坡度i为1∶1.2,即tan∠A等于1∶1.2;坝顶DC等于2.5米,梯形的上底为2.5米;坝高4.5米,过点C作CE垂直AB,垂足为E,则CE即为梯形的高4.5米。要求的是什么呢?背水AD的坡角,即∠A的度数,坝底AB的长。我们来一起分析这个数学问题。先看第一小问,要求∠A的度数,已知∠B的度数为30度,能由∠B得到∠A的度数吗?显然不行。那还可以从哪条路获得∠A的度数呢?之前我们知道锐角三角函数值随锐角大小的确定而唯一确定,所以可以由锐角三角函数值借助计算机求得对应锐角的大小。在这个问题中,可以由∠A的正切得到∠A的大小,规范解答。由于∠A不是特殊角,需要用计算机计算,∠A约等于39.8度。