在锐角△ABC\triangle ABC中,角AA,BB,CC所对的边分别为aa,bb,cc,已知a=bcos⁡C+33csin⁡Ba=b\cos C+ \dfrac { \sqrt {3}}{3}c\sin B. (1)若a=2a=2,b=7b= \sqrt {7},求c(2)c(2)设函数y=3sin⁡(2A−30∘)−2sin⁡2(C−15∘)y= \sqrt {3}\sin (2A-30^{\circ})-2\sin ^{2}(C-15^{\circ}),求yy的取值范围.

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完整解法

(1)

1. 利用正弦定理化简已知边角关系,求出角 $B$

已知 a=bcos⁡C+33csin⁡Ba = b\cos C + \dfrac{\sqrt{3}}{3}c\sin B.
由正弦定理 asin⁡A=bsin⁡B=csin⁡C=2R\dfrac{a}{\sin A} = \dfrac{b}{\sin B} = \dfrac{c}{\sin C} = 2R,可将原式边化角得:
sin⁡A=sin⁡Bcos⁡C+33sin⁡Csin⁡B\sin A = \sin B \cos C + \dfrac{\sqrt{3}}{3}\sin C \sin B
在 △ABC\triangle ABC 中,sin⁡A=sin⁡(B+C)=sin⁡Bcos⁡C+cos⁡Bsin⁡C\sin A = \sin(B + C) = \sin B \cos C + \cos B \sin C,代入上式得:
sin⁡Bcos⁡C+cos⁡Bsin⁡C=sin⁡Bcos⁡C+33sin⁡Csin⁡B\sin B \cos C + \cos B \sin C = \sin B \cos C + \dfrac{\sqrt{3}}{3}\sin C \sin B
cos⁡Bsin⁡C=33sin⁡Csin⁡B\cos B \sin C = \dfrac{\sqrt{3}}{3}\sin C \sin B
因为 △ABC\triangle ABC 为锐角三角形,所以 sin⁡C≠0\sin C \neq 0.两边同除以 sin⁡C\sin C 得:
cos⁡B=33sin⁡B  ⟹  tan⁡B=3\cos B = \dfrac{\sqrt{3}}{3}\sin B \implies \tan B = \sqrt{3}
又因为 B∈(0∘,90∘)B \in (0^\circ, 90^\circ),所以 B=60∘B = 60^\circ.

2. 利用余弦定理求边 $c$ 的长

已知 a=2a = 2,b=7b = \sqrt{7},B=60∘B = 60^\circ.
由余弦定理 b2=a2+c2−2accos⁡Bb^2 = a^2 + c^2 - 2ac\cos B,代入数据得:
(7)2=22+c2−2×2×c×cos⁡60∘(\sqrt{7})^2 = 2^2 + c^2 - 2 \times 2 \times c \times \cos 60^\circ
7=4+c2−2c7 = 4 + c^2 - 2c
c2−2c−3=0c^2 - 2c - 3 = 0
解得 c=3c = 3 或 c=−1c = -1(舍去).
经检验,当 a=2,b=7,c=3a=2, b=\sqrt{7}, c=3 时,最大边 c=3c=3 对应的 cos⁡C=22+(7)2−322×2×7=127>0\cos C = \dfrac{2^2 + (\sqrt{7})^2 - 3^2}{2 \times 2 \times \sqrt{7}} = \dfrac{1}{2\sqrt{7}} > 0,满足锐角三角形条件.
故 c=3c = 3.

答案

c=3c = 3

(2)

1. 确定角 $A$ 的取值范围及角 $C$ 与 $A$ 的关系

由 (1) 知 B=60∘B = 60^\circ,所以 A+C=120∘  ⟹  C=120∘−AA + C = 120^\circ \implies C = 120^\circ - A.
因为 △ABC\triangle ABC 为锐角三角形,所以:
{0∘<A<90∘0∘<C<90∘  ⟹  {0∘<A<90∘0∘<120∘−A<90∘\begin{cases} 0^\circ < A < 90^\circ \\ 0^\circ < C < 90^\circ \end{cases} \implies \begin{cases} 0^\circ < A < 90^\circ \\ 0^\circ < 120^\circ - A < 90^\circ \end{cases}
解得 30∘<A<90∘30^\circ < A < 90^\circ.

2. 应用三角恒等变换化简函数 $y$ 的表达式

将 C=120∘−AC = 120^\circ - A 代入 C−15∘C - 15^\circ,得 C−15∘=105∘−AC - 15^\circ = 105^\circ - A.
利用降幂公式 2sin⁡2θ=1−cos⁡2θ2\sin^2\theta = 1 - \cos 2\theta:
2sin⁡2(C−15∘)=1−cos⁡(210∘−2A)2\sin^2(C - 15^\circ) = 1 - \cos(210^\circ - 2A)
因为 cos⁡(210∘−2A)=cos⁡[180∘+(30∘−2A)]=−cos⁡(30∘−2A)=−cos⁡(2A−30∘)\cos(210^\circ - 2A) = \cos[180^\circ + (30^\circ - 2A)] = -\cos(30^\circ - 2A) = -\cos(2A - 30^\circ),
所以 2sin⁡2(C−15∘)=1+cos⁡(2A−30∘)2\sin^2(C - 15^\circ) = 1 + \cos(2A - 30^\circ).
代入函数 yy:
y=3sin⁡(2A−30∘)−[1+cos⁡(2A−30∘)]y = \sqrt{3}\sin(2A - 30^\circ) - [1 + \cos(2A - 30^\circ)]
y=3sin⁡(2A−30∘)−cos⁡(2A−30∘)−1y = \sqrt{3}\sin(2A - 30^\circ) - \cos(2A - 30^\circ) - 1
利用辅助角公式化简:
y=2[32sin⁡(2A−30∘)−12cos⁡(2A−30∘)]−1y = 2\left[\frac{\sqrt{3}}{2}\sin(2A - 30^\circ) - \frac{1}{2}\cos(2A - 30^\circ)\right] - 1
y=2sin⁡[(2A−30∘)−30∘]−1=2sin⁡(2A−60∘)−1y = 2\sin[(2A - 30^\circ) - 30^\circ] - 1 = 2\sin(2A - 60^\circ) - 1

3. 结合角 $A$ 的取值范围,求出函数 $y$ 的取值范围

由 step 1 知 30∘<A<90∘30^\circ < A < 90^\circ,则:
60∘<2A<180∘  ⟹  0∘<2A−60∘<120∘60^\circ < 2A < 180^\circ \implies 0^\circ < 2A - 60^\circ < 120^\circ
当 0∘<2A−60∘<120∘0^\circ < 2A - 60^\circ < 120^\circ 时,正弦函数值范围为:
sin⁡(2A−60∘)∈(0,1]\sin(2A - 60^\circ) \in (0, 1]
因此:
2sin⁡(2A−60∘)∈(0,2]2\sin(2A - 60^\circ) \in (0, 2]
y=2sin⁡(2A−60∘)−1∈(−1,1]y = 2\sin(2A - 60^\circ) - 1 \in (-1, 1]
所以函数 yy 的取值范围为 (−1,1](-1, 1].

答案

(−1,1](-1, 1]

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