1. 展开已知等式并将面积公式与余弦定理项显式化
由已知等式 S+a2=(b+c)2,展开右边可得:
S+a2=b2+c2+2bc
移项得:
S=b2+c2−a2+2bc
2. 引入余弦定理和三角形面积公式建立关于角 $A$ 的方程
由余弦定理知 b2+c2−a2=2bccosA,
由三角形面积公式知 S=21bcsinA。
代入步骤 1 的等式中,得:
21bcsinA=2bccosA+2bc
3. 消去公共系数简化关于 $\sin A$ 和 $\cos A$ 的关系式
因为在 △ABC 中,边长 b,c>0,所以 bc=0。
两边同除以 bc 得:
21sinA=2cosA+2
变形为:
sinA=4cosA+4
4. 利用同角三角函数平方关系消去 $\sin A$,转化为关于 $\cos A$ 的一元二次方程
利用同角三角函数关系式 sin2A+cos2A=1,将 sinA=4cosA+4 代入,得:
(4cosA+4)2+cos2A=1
展开整理得:
16cos2A+32cosA+16+cos2A=1
17cos2A+32cosA+15=0
5. 解一元二次方程并根据三角形中内角的范围进行合理舍项
对方程 17cos2A+32cosA+15=0 进行因式分解,得:
(17cosA+15)(cosA+1)=0
解得 cosA=−1715 或 cosA=−1。
因为 A 是 △ABC 的内角,所以 0<A<π,从而 cosA∈(−1,1)。
故 cosA=−1 不合题意,舍去。
因此,cosA=−1715。