【培优方案】第六章 培优课 解三角形中的综合问题(课件)人教A版数学必修第二册

文档属性

名称 【培优方案】第六章 培优课 解三角形中的综合问题(课件)人教A版数学必修第二册
格式 pptx
文件大小 3.9MB
资源类型 试卷
版本资源 人教A版(2019)
科目 数学
更新时间 2026-03-18 00:00:00

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文档简介

(共70张PPT)
培优课 解三角形中的综合问题
目录
典型例题·精研析
01
知能演练·扣课标
02
典型例题·精研析
01
课堂互动 关键能力提升
题型一 解三角形与三角恒等变换的综合
【例1】 已知△ABC中,角A,B,C的对边分别为a,b,c,且a
+c=2b.
(1)求证:B≤ ;
解:证明:由余弦定理的推论得 cos B= =
≥ = ,∵B是△ABC的内角,∴0<B≤ .
(2)若C=2A,试求a∶b∶c.
解:在△ABC中,由a+c=2b,结合正弦定理可得 sin A+ sin
C=2 sin B,
∵C=2A,∴B=π-A-C=π-3A,
∴ sin A+ sin 2A=2 sin 3A,
即 sin A+2 sin A cos A=2( sin A cos 2A+ cos A· sin 2A)=
2[ sin A(2 cos 2A-1)+2 sin A cos 2A],
∵ sin A>0,
∴1+2 cos A=2(2 cos 2A+2 cos 2A-1),
整理得8 cos 2A-2 cos A-3=0,
解得 cos A= 或 cos A=- .
∵C=2A,∴0<A< ,∴ cos A= .
由余弦定理的推论得 cos A= = ,
代入a+c=2b,得2b2+2c2-2(2b-c)2=3bc,整理得b
= c,
∴a= c,
故a∶b∶c= c∶ c∶c=4∶5∶6.
通性通法
  对于此类问题,大多是边角互化后基于三角形内角和定理(A+
B+C=π)展开的,一般是通过正、余弦定理边化角,求得相应的角
或者寻找相应的角之间的关系(此时往往需要用到三角形内角和定理
替换角,达到减元的目的),进而运用三角恒等变换及诱导公式转化
为一个角的三角函数问题,从而求解.
【跟踪训练】
(2024·宁波月考)在锐角三角形ABC中,角A,B,C的对边分别为
a,b,c, + =6 cos C,则 + = .
解析:法一 因为 + =6 cos C,所以 =6· ,所以
2a2+2b2=3c2.而 + = + ,由正弦定理及余
弦定理的推论,可得 + = ( · +
· )= · = · = =4.
4
法二 由 + =6 cos C,可得a2+b2=6ab cos C. 又在△ABC中,
由余弦定理c2=a2+b2-2ab cos C,得c2=4ab cos C,故 +
= ·( + )= · = · =
· =4.
法三  + = +1+ +1-2=
+ -2= + -2.观察式子结构,使用
正弦定理,得到 + = ·( + )-2= ( +
)-2= ·6 cos C-2=4.
题型二 解三角形与三角函数的综合
【例2】 已知函数f(x)= sin ωx cos ωx- sin 2ωx+ ,其中ω
>0,若实数x1,x2满足|f(x1)-f(x2)|=2时,|x1-x2|的
最小值为 .
(1)求ω的值及f(x)的对称中心;
解:f(x)= sin ωx cos ωx- sin 2ωx+ = sin 2ωx-
+ = sin 2ωx+ cos 2ωx= sin (2ωx+ ),
显然f(x)的最大值为1,最小值为-1,
则|f(x1)-f(x2)|=2时,|x1-x2|的最小值等于 ,
则 = ,则 =π,ω=1;
令2x+ =kπ,k∈Z,解得x=- + ,k∈Z,则f(x)
的对称中心为(- + ,0),k∈Z.
(2)在△ABC中,a,b,c分别是角A,B,C的对边,若f(A)
=-1,a= ,求△ABC周长的取值范围.
解:f(A)= sin (2A+ )=-1,2A+ =- +2kπ,
k∈Z,又A∈(0,π),则A= ,
由正弦定理得 = = = =2,则b=2 sin B,c=2
sin C,
则周长为a+b+c= +2 sin B+2 sin C= +2 sin B+2 sin
( -B)= + sin B+ cos B= +2 sin (B+ ),
又0<B< ,则 <B+ < ,则 <2 sin (B+ )≤2,
故周长的取值范围为(2 ,2+ ].
通性通法
  正、余弦定理与三角函数相结合,常见两种考查方式:一是先由
正、余弦定理求出内角正弦值、余弦值,再结合和、差、倍、半角公
式求解问题中出现的三角函数值;二是先利用函数的性质,再利用函
数求角,解与三角形有关的问题.
【跟踪训练】
(2024·郑州月考)在△ABC中,内角A,B,C的对边分别为a,
b,c,设f(x)= sin (x+B)+ cos (x+B)tan C,且f( )
=- .
(1)求角A;
解:f(x)= =
= =- .
∵f( )=- ,∴- =- ,∴ sin ( -
A)=1.
又0<A<π,∴- < -A< ,∴ -A= ,∴A= .
(2)若△ABC的面积为 ,且 sin B+ sin C= ,求a的值.
解:∵△ABC的面积S= bc sin A= bc· = ,∴bc=4,
设△ABC的外接圆的半径为R,由正弦定理知 = =
=2R,
sin B= , sin C= ,a= R, sin B+ sin C= b+c
= R,
由余弦定理得a2=b2+c2-2bc cos ,∴a2=(b+c)2-
3bc,
∴3R2=6R2-12,∴R=2,∴a=2 .
题型三 解三角形中的中线问题
【例3】 在△ABC中,内角A,B,C所对边的长分别为a,b,
c,且满足b cos =a sin B.
(1)求A;
解: cos = cos ( - )= sin ,∴b sin =a sin B,
由正弦定理得: sin B sin = sin A sin B,
∵ sin B≠0,∴ sin = sin A,
∴ sin =2 sin cos ,∵A∈(0,π), ∈(0, ),∴ sin
≠0,得 cos = ,即 = ,
∴A= .
(2)若a= , · =3,AD是△ABC的中线,求AD的长.
解:∵ · =3,
∴bc cos (π-A)=3,得bc=6,
由余弦定理得:b2+c2=a2+2bc cos A=13,
∵ = ( + ),
∴| |2= ( + )2= (c2+b2+2bc cos A)= ,
∴| |= ,即AD的长为 .
通性通法
求解三角形中线问题的常用方法
(1)中线长定理:在△ABC中,AD是边BC上的中线,则AB2+AC2
=2(BD2+AD2);
(2)向量法: = (b2+c2+2bc cos A).
【跟踪训练】
已知△ABC的内角A,B,C的对边分别为a,b,c,满足a sin B=
b cos A.
(1)求角A的大小;
解:由a sin B= b cos A及正弦定理可得 sin A sin B= sin
B cos A,
因为A,B∈(0,π),则 sin B>0,可得 sin A= cos A>0,
则tan A= ,因此A= .
(2)若BC边上的中线AD= ,且c=4,求b的值.
解:因为 = ( + ),
所以2 = + ,所以4 =( + )2= +
+2 · ,
即28=c2+b2+2bc cos ∠BAC=c2+b2+bc,
即b2+4b-12=0,解得b=2(负值舍去).
题型四 解三角形中的角平分线问题
【例4】 在△ABC中,内角A,B,C所对的边分别为a,b,c,
且满足b cos =a sin B. 若a=2 , · = ,AD是△ABC的
角平分线,求AD的长.
解:由b cos =a sin B可得A= ,由 · = ,得cb cos =
,∴bc=3,又a=2 ,
∴a2=b2+c2-2bc cos A=(b+c)2-2bc+bc=12,
可得b+c= = ,
∵S△ABC=S△ABD+S△ACD,
∴ bc sin = b·AD· sin + c·AD· sin ,
∴AD= = = .
通性通法
求解三角形中角平分线问题的常用方法
  在△ABC中,AD平分∠BAC,角A,B,C所对的边分别为a,
b,c:
(1)利用角度的倍数关系:∠BAC=2∠BAD=2∠CAD;
(2)内角平分线定理:AD为△ABC的内角∠BAC的平分线,则 = ;
(3)等面积法:S△ABD+S△ACD=S△ABC,AD= (角平分线
长公式).
【跟踪训练】
在△ABC中,角A,B,C所对的边分别为a,b,c,B= ,b
=2 ,b2+c2-a2= bc.若∠BAC的平分线与BC交于点E,则
AE=(  )
A. B.
C. 2 D. 3
解析: ∵b2+c2-a2= bc,∴ cos ∠BAC= = ,
∵B= ,∴∠BAC∈(0, ) ,∴∠BAC= ,∴C= ,∴
= ,∴c= × =2.∵AE平分∠BAC,∴∠BAE= ∠BAC=
,∴∠AEB=π- - = ,∴ = ,∴AE= =
× sin = × = .
题型五 解三角形中的最值(范围)问题
【例5】 △ABC的内角A,B,C的对边分别为a,b,c,已知a sin
=b sin A.
(1)求B;
解:由题设及正弦定理得 sin A sin = sin B sin A.
因为 sin A≠0,所以 sin = sin B.
由A+B+C=180°,可得 sin = cos ,
又 sin B=2 sin cos ,所以 cos =2 sin · cos .
因为 cos ≠0,所以 sin = ,所以B=60°.
(2)若△ABC为锐角三角形,且c=1,求△ABC面积的取值范围.
解:由题设及(1)知△ABC的面积S△ABC= a.
由(1)知A+C=120°,
由正弦定理得a= = = + .
所以S△ABC= ( + )= + .
由于△ABC为锐角三角形,故0°<A<90°,0°<C<90°.
结合A+C=120°,得30°<C<90°,所以tan C∈( ,+∞).
从而 <S△ABC< .
因此,△ABC面积的取值范围是( , ).
通性通法
  解三角形中的最值(范围)问题主要有两种解决方法:一是将问
题表示为边的形式,利用基本不等式求得最大值或最小值;二是将问
题用三角形某一个角的三角函数表示,利用三角函数的有界性、单调
性,再结合角的范围确定最值(范围).
【跟踪训练】
在△ABC中,角A,B,C的对边分别为a,b,c,设△ABC的面
积为S,且满足S= (a2+b2-c2).
(1)求角C的大小;
解:由题意可知 ab sin C= ×2ab cos C.
所以tan C= .
因为0<C<π,所以C= .
(2)求 sin A· sin B的最大值.
解:由已知 sin A· sin B= sin A· sin (π-C-A)= sin A· sin
( -A)= sin A( cos A+ sin A)= sin 2A- cos 2A
+ = sin (2A- )+ .
因为0<A< ,所以- <2A- < ,
所以当2A- = ,即A= 时, sin A· sin B取最大值 .
所以 sin A· sin B的最大值是 .
1. 在△ABC中,BC=3,AC=5, <B<π,则边AB的取值范围是
(  )
A. (2,8) B. (1,4)
C. (4,+∞) D. (2,4)
解析: 令△ABC的内角A,B,C的对边分别为a,b,c,依
题意,5-3<c<5+3,即2<c<8,由于B为钝角,所以 cos B=
<0,a2+c2-b2=9+c2-25=c2-16<0,解得2<c<
4,所以c的取值范围即AB的取值范围是(2,4).故选D.
2. (2024·汕尾月考)在△ABC中,BC=3,AB=7,C= π,则AB
边上的高为(  )
A. B.
C. D.
解析: 因为BC=3,AB=7,C= π,所以由余弦定理可得
AB2=AC2+BC2-2AC·BC· cos π,即49=AC2+9+3AC,解得
AC=5或AC=-8(舍去),设AB边上的高为h,则 AB·h=
AC·BC· sin C,即7h=3×5× h= ,故选B.
3. 在△ABC中,∠BAC=120°,AB=2,AC=3,D为BC上一点,AD为∠BAC的角平分线,则AD= .
解析:由S△ABC=S△ABD+S△ACD得, ×2×3× sin 120°=
×2AD× sin 60°+ ×3AD× sin 60°,解得AD= .

知能演练·扣课标
02
课后巩固 核心素养落地
1. 已知a,b,c分别是△ABC的内角A,B,C的对边,若△ABC的
周长为4( +1),且 sin B+ sin C= sin A,则a=(  )
A. B. 2
C. 4 D. 2
解析: 由题知周长为a+b+c=4( +1)①,∵ sin B+ sin
C= sin A,由正弦定理得b+c= a②,∴由①②,可解得a
=4,故选C.
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2. (2024·威海质检)在△ABC中,角A,B,C的对边分别为a,
b,c,已知三个向量m=(a, cos ),n=(b, cos ),p
=(c, cos )共线,则△ABC为(  )
A. 等边三角形
B. 钝角三角形
C. 直角三角形
D. 等腰直角三角形
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解析: ∵向量m,n共线,∴a cos =b cos ,由正弦定理得
sin A cos = sin B cos ,∴2 sin · cos cos =2 sin cos cos .
∵ cos ≠0, cos ≠0,∴ sin = sin .∵0< < ,0< < ,
∴ = ,即A=B,同理可得B=C,∴△ABC为等边三角形.故
选A.
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3. 在△ABC中,角A,B,C的对边分别为a,b,c,已知△ABC的
面积为 ,C=120°,c=2b cos B,则AC边上的中线长为( )
A. B. 3
C. D. 4
解析: 由题意结合正弦定理得 sin C=2 sin B cos B,即 sin C=
sin 2B,因为B,C为△ABC的内角,所以C=2B或C+2B=
180°,当C=2B时,B=60°,不符合三角形内角和定理,当C
+2B=180°时,B=30°,
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故A=30°,因此a=b,因为△ABC的面积为 ,所以 a·a· = ,解得a=2(负值舍去),即a=b=2.由余弦定理可知c= = =2 .设AC边的中点为D,则 = ( + ),因此| |==
= = .故选C.
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4. 已知△ABC的内角A,B,C的对边分别为a,b,c,A=60°,
b=3c,角A的平分线交BC于点D,且BD= ,则 cos ∠ADB=
(  )
A. - B.
C. D. ±
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解析: 因为A=60°,角A的平分线交BC于点D,所以∠CAD
=∠BAD=30°.又b=3c,所以 = = = =
3.因为BD= ,所以CD=3 ,a=CB=4 .由余弦定理可
得a2=b2+c2-2bc cos A,所以112=9c2+c2-2×3c·c· ,解得c
=4.在△ABD中,由正弦定理得 = ,即 =
,所以 sin ∠ADB= .因为b>c,所以B>C.
又因为∠ADB=30°+C,∠ADC=30°+B,所以∠ADB<∠ADC,
所以∠ADB为锐角,所以 cos ∠ADB= .故选B.
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5. (2024·郑州月考)在△ABC中,角A,B,C的对边分别为a,
b,c,且BC边上的高为 a,则 + 的最大值为(  )
A. 8 B. 6
C. 3 D. 4
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解析: ∵BC边上的高为 a,∴S△ABC= a× a= bc sin
A,∴a2=2 bc sin A,由余弦定理得2 bc sin A=b2+c2-2bc
cos A,整理得 =2 sin A+2 cos A,即 + =4 sin (A+
).∵A∈(0,π),∴A+ ∈( , ),∴当A+ = ,即
A= 时,4 sin (A+ )有最大值,且最大值为4.∴ + 的最大
值为4.
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6. 在△ABC中,角A,B,C所对的边分别为a,b,c,∠BAC=
,D是BC上一点,且BD=3DC,AD=3,则△ABC面积的最大
值是(  )
A. 3 B. 4
C. 5 D. 6
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解析: 设CD=x,∠ADB=θ,则BD=3x,在△ACD中,由
余弦定理得b2=9+x2+6x cos θ ①,在△ABD中,由余弦定理得
c2=9+9x2-18x cos θ ②,联立①②,消去 cos θ得3b2+c2=36
+12x2 ③,在△ABC中,由余弦定理得b2+c2-bc=16x2 ④,
联立③④,消去x得144=9b2+c2+3bc≥6bc+3bc=9bc(当且
仅当3b=c时,等号成立),∴bc≤16,∴S△ABC= bc sin ≤
×16× =4 .故选B.
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7. (多选)在Rt△ABC中,C=90°,角A的平分线交BC于点D,
AD=1, cos ∠BAC= ,以下结论正确的是(  )
A. AB=8 B. =
C. AB=6 D. △ABD的面积为
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解析: 如图所示,因为AD是角平分线,设
∠CAD=∠DAB=α,则∠BAC=2α,根据二
倍角公式得 cos 2α=2 cos 2α-1= ,且0<α
< ,所以 cos α= ,在Rt△ACD中,AD=1,所以AC=AD cos α= ,在Rt△ACB中,AB= = ×8=6,故A错误,C正确;根据角平分线定理, = = × = ,故B正确;因为 cos α= ,且0<α< ,所以 sin α= ,所以S△ABD= AD·AB· sin α= ×6× = ,故D正确,故选B、C、D.
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8. (多选)在△ABC中,内角A,B,C所对的边分别为a,b,c,
且(a+b)∶(a+c)∶(b+c)=9∶10∶11,则下列结论正
确的是(  )
A. sin A∶ sin B∶ sin C=4∶5∶6
B. △ABC是钝角三角形
C. △ABC的最大内角是最小内角的2倍
D. 若c=6,则△ABC外接圆的半径为
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解析: 因为(a+b)∶(a+c)∶(b+c)=
9∶10∶11,所以可设解得所以由
正弦定理可得 sin A∶ sin B∶ sin C=a∶b∶c=4∶5∶6,故A正
确;易知c最大,所以△ABC中角C最大,又 cos C= =
= >0,所以C为锐角,所以△ABC为锐
角三角形,故B错误;
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易知a最小,所以△ABC中角A最小,又 cos A= = = ,所以 cos 2A=2 cos 2A-1= ,所以 cos 2A= cos C,由△ABC中角C最大且C为锐角可得2A∈(0,π),C∈(0, ),所以2A=C,故C正确;设△ABC的外接圆半径为R,由正弦定理得2R= ,又c=6, sin C= = ,所以2R= ,解得R= ,故D正确.故选A、C、D.
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9. (2024·金华月考)在△ABC中,内角A,B,C所对的边分别为
a,b,c,若2 sin A sin B cos C= sin 2C,则 = ,角C
的最大值为 .
解析:∵2 sin A sin B cos C= sin 2C,∴2ab cos C=c2 a2+b2-c2
=c2 =2,∴ cos C= = ≥ ,当且仅当a
=b时取等号.∵0<C<π,∴0<C≤ ,即角C的最大值为 .
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10. 已知△ABC的内角A,B,C的对边分别为a,b,c.若C= ,
a=6,1≤b≤4,则 sin A的取值范围为 .
解析:∵C= ,a=6,1≤b≤4,∴由余弦定理得c2=a2+b2
-ab=36+b2-6b=(b-3)2+27,∴c2=(b-3)2+
27∈[27,31],∴c∈[3 , ],∴由正弦定理 = ,
可得 sin A= = = ∈[ ,1].
[ ,1]
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11. 已知a=( sin x,- cos x),b=( cos x, cos x),f(x)
=a·b.
(1)求函数f(x)图象的对称轴方程;
解:因为a=( sin x,- cos x),b=( cos x, cos x),
则f(x)=a·b= sin x cos x- cos 2x= sin 2x- cos
2x- = sin (2x- )- ,
由2x- =kπ+ (k∈Z),得x= + (k∈Z),
即函数f(x)图象的对称轴方程为x= + (k∈Z).
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(2)设△ABC的内角A,B,C所对的边分别为a,b,c,若f
(B)= 且b= .求a+c的取值范围.
解:由f(B)= ,得 sin (2B- )=1,又2B-
∈(- , ),即2B- = .
所以B= ,又b= ,
由正弦定理 = = ,得a=2 sin A,c=2 sin C,
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即a+c=2 sin A+2 sin C=2 sin A+2 sin ( -A)=2
cos (A- ),
又0<A< ,所以- <A- < ,
所以2 cos (A- )∈( ,2 ].
即a+c的取值范围为( ,2 ].
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12. (2024·潮州月考)在△ABC中,D是BC上的点,AD平分
∠BAC,△ABD的面积是△ADC面积的2倍.
(1)求 ;
解:如图,
过A作AE⊥BC于E.
因为 = =2,
所以BD=2DC.
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因为AD平分∠BAC,所以∠BAD∠DAC.
在△ABD中, = ,
所以 sin B= .
在△ADC中, = ,
所以 sin C= ,
所以 = = .
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(2)若AD=1,DC= ,求BD和AC的长.
解:由(1)知,BD=2DC=2× = .
如图,过D作DM⊥AB于M,DN⊥AC于N.
因为AD平分∠BAC,所以DM=DN,
所以 = =2,所以AB=2AC.
令AC=x,则AB=2x.
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因为∠BAD=∠DAC,所以 cos ∠BAD= cos ∠DAC,
所以由余弦定理可得 = ,
解得x=1,即AC=1.
综上,BD的长为 ,AC的长为1.
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13. 如图,某镇有一块空地形如△OAB,其中OA=3 km,OB=3
km,∠AOB=90°.当地镇政府规划将这块空地改造成一个旅游
景点,拟在中间挖一个人工湖△OMN,其中M,N都在边AB
上,且∠MON=30°,挖出的泥土堆放在△OAM地带上形成假
山,剩下的△OBN地带开设儿童游乐场.为安全起见,需在
△OAN的一周安装防护网.
(1)当AM= km时,求防护网的总长度;
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解:因为在△OAB中,OA=3 km,OB=3 km,∠AOB=90°,所以∠OAB=60°.
在△AOM中,由OA=3 km,AM= km,∠OAM=60°及余弦定理,得OM= = km.
所以OM2+AM2=OA2,即OM⊥AN,
所以∠AOM=30°,即∠AON=60°.
所以△OAN为等边三角形,所以△OAN的周长为3OA=9 km,即防护
网的总长度为9 km.
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(2)为了节省投入的资金,人工湖△OMN的面积要尽可能小.
问:如何设计施工方案,可使△OMN的面积最小,最小面
积是多少?
解:设∠AOM=θ(0°<θ<60°).
在△OAN中,由 = ,
得ON= km.
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在△AOM中,由 = ,得OM=
km.
所以S△OMN= OM·ON· sin 30°= =
km2.
当2θ+60°=90°,即θ=15°时,△OMN的面积最小,最
小面积为 km2.
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