北京大学 2022年强基第19题

强基计划真题

📝 题目

若 $\triangle A B C$ 三边长为等差数列,则 $\cos A+\cos B+\cos C$ 的取值范围是 $\_\_\_\_$。

💡 答案解析

答案:$\displaystyle \left(1, \frac{3}{2}\right]$ 解:不妨设三边长为 $1-d, 1,1+d$ ,其中 $\displaystyle 0 \leqslant d\lt \frac{1}{2}$ ,此时; $\cos A+\cos B+\cos C$ $\displaystyle =\frac{(1+d)^{2}+1-(1-d)^{2}}{2(1+d)}+\frac{(1-d)^{2}+1-(1+d)^{2}}{2(1-d)}+\frac{(1+d)^{2}+(1-d)^{2}-1}{2(1+d)(1-d)}$ $\displaystyle =\frac{3\left(1-2 d^{2}\right)}{2\left(1-d^{2}\right)}=\frac{3}{2}\left(2-\frac{1}{1-d^{2}}\right) \in\left(1, \frac{3}{2}\right]$ 。 20,答案: 设 $\mathrm{O} A \quad y=k x$ $$ \begin{aligned} & O B \quad y=-\frac{1}{k} x . \\ & \left\{\begin{array}{c} y=k x \\ \frac{x^{2}}{a^{2}}+\frac{y^{2}}{b^{2}}=1 . \end{array}\right. \\ & x^{2}=\frac{a^{2} b^{2}}{a^{2} k^{2}+b^{2}} . \\ & y^{2}=\frac{a^{2} b^{2} k^{2}}{a^{2} k^{2}+b^{2}} \\ & A\left(\frac{a b}{\sqrt{a^{2} k^{2}+b^{2}}}, \frac{a b k}{\sqrt{a^{2} k^{2}+b^{2}}}\right) \end{aligned} $$

📋 详细解题步骤

步骤 1/4
目标:设三边长为等差数列
设三边长为1-d, 1, 1+d,其中d≥0,且满足三角形三边关系,解得0≤d<1/2。
公式:三角形三边关系:两边之和大于第三边
提示:等差数列可设对称形式简化计算
步骤 2/4
目标:用余弦定理表示cosA, cosB, cosC
由余弦定理:cosA=(b²+c²-a²)/(2bc),类似可得cosB和cosC。代入边长表达式。
公式:cosA = (b²+c²-a²)/(2bc)
提示:注意对应边角关系
步骤 3/4
目标:计算cosA+cosB+cosC的表达式
代入边长后化简得:cosA+cosB+cosC = 3(1-2d²)/(2(1-d²))。
公式:cosA+cosB+cosC = 3(1-2d²)/(2(1-d²))
提示:通分合并同类项
步骤 4/4
目标:化简表达式并求值域
化为3/2 * (2 - 1/(1-d²)),由0≤d<1/2得1-d²∈(3/4,1],故原式∈(1, 3/2]。
公式:f(d)=3/2 * (2 - 1/(1-d²))
提示:注意d=0时取最大值3/2,d趋近1/2时趋近1

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