在△ABC\triangle ABC中,设边aa,bb,cc所对的角为AA,BB,CC,且AA,BB,CC都不是直角,(bc−8)cos⁡A+accos⁡B=a2−b2(bc-8)\cos A+ac\cos B=a^{2}-b^{2}. ((Ⅰ))若b+c=5b+c=5,求bb,cc的值; ((Ⅱ))若a=5a= \sqrt{5} ,求△ABC\triangle ABC面积的最大值.

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完整解法

(Ⅰ)

1. 利用余弦定理代入已知等式进行化简

由余弦定理可知:cos⁡A=b2+c2−a22bc\cos A = \frac{b^2+c^2-a^2}{2bc},cos⁡B=a2+c2−b22ac\cos B = \frac{a^2+c^2-b^2}{2ac}.
代入已知等式 (bc−8)cos⁡A+accos⁡B=a2−b2(bc-8)\cos A+ac\cos B=a^{2}-b^{2},得:
(bc−8)⋅b2+c2−a22bc+ac⋅a2+c2−b22ac=a2−b2(bc-8)\cdot \frac{b^2+c^2-a^2}{2bc} + ac\cdot \frac{a^2+c^2-b^2}{2ac} = a^2-b^2
化简得:
b2+c2−a22−8(b2+c2−a2)2bc+a2+c2−b22=a2−b2\frac{b^2+c^2-a^2}{2} - \frac{8(b^2+c^2-a^2)}{2bc} + \frac{a^2+c^2-b^2}{2} = a^2-b^2

2. 进一步化简求出 $bc$ 的值

整理上式得:
c2−a2−4(b2+c2−a2)bc=a2−b2c^2 - a^2 - \frac{4(b^2+c^2-a^2)}{bc} = a^2-b^2
合并同类项,得:
b2+c2−2a2−4(b2+c2−a2)bc=0b^2+c^2-2a^2 - \frac{4(b^2+c^2-a^2)}{bc} = 0
即 (b2+c2−a2)−4(b2+c2−a2)bc=a2−b2(b^2+c^2-a^2) - \frac{4(b^2+c^2-a^2)}{bc} = a^2-b^2
两边重新整理为:
(b2+c2−a2)(1−4bc)=0(b^2+c^2-a^2)\left(1 - \frac{4}{bc}\right) = 0
因为 △ABC\triangle ABC 不是直角三角形,所以 A≠90∘A \neq 90^\circ,即 b2+c2−a2≠0b^2+c^2-a^2 \neq 0.
所以 1−4bc=01 - \frac{4}{bc} = 0,解得 bc=4bc = 4.

3. 联立方程组求出 $b$ 和 $c$ 的值

已知 b+c=5b+c=5 且 bc=4bc=4,
设 b,cb, c 是关于 xx 的一元二次方程 x2−5x+4=0x^2-5x+4=0 的两个实数根.
解得 x=1x=1 或 x=4x=4.
所以 {b=1c=4\begin{cases} b=1 \\ c=4 \end{cases} 或 {b=4c=1\begin{cases} b=4 \\ c=1 \end{cases}.

答案

b=1,c=4b=1, c=4 或 b=4,c=1b=4, c=1

(Ⅱ)

1. 复用第一问结论 $$bc=4$$ 并利用余弦定理与基本不等式确定 $$\cos A$$ 的范围

由第 (Ⅰ) 问可知 bc=4bc=4.
因为 a=5a=\sqrt{5},由余弦定理得:
a2=b2+c2−2bccos⁡Aa^2 = b^2+c^2 - 2bc\cos A
即 5=b2+c2−8cos⁡A5 = b^2+c^2 - 8\cos A
利用基本不等式 b2+c2⩾2bc=8b^2+c^2 \geqslant 2bc = 8(当且仅当 b=c=2b=c=2 时取等号),
代入可得:
5⩾8−8cos⁡A5 \geqslant 8 - 8\cos A
解得 cos⁡A⩾38\cos A \geqslant \frac{3}{8}.

2. 求 $$\sin A$$ 的范围并求面积的最大值

因为 cos⁡A⩾38\cos A \geqslant \frac{3}{8} 且 cos⁡A<1\cos A < 1,
所以 sin⁡A=1−cos⁡2A⩽1−(38)2=558\sin A = \sqrt{1-\cos^2 A} \leqslant \sqrt{1-\left(\frac{3}{8}\right)^2} = \frac{\sqrt{55}}{8}
(当且仅当 cos⁡A=38\cos A = \frac{3}{8} 时取等号,此时 b=c=2b=c=2).
因此,三角形的面积为:
S=12bcsin⁡A=12⋅4⋅sin⁡A=2sin⁡A⩽2⋅558=554S = \frac{1}{2}bc\sin A = \frac{1}{2} \cdot 4 \cdot \sin A = 2\sin A \leqslant 2 \cdot \frac{\sqrt{55}}{8} = \frac{\sqrt{55}}{4}
所以 △ABC\triangle ABC 面积的最大值是 554\frac{\sqrt{55}}{4}.

答案

554\frac{\sqrt{55}}{4}

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