1. 根据锐角三角形的限制条件求内角 $C$ 的取值范围
由于 △ABC 为锐角三角形,其三个内角均小于 90∘:
0∘<A<90∘,0∘<B<90∘,0∘<C<90∘
已知 A=2C,又由三角形内角和定理得 B=180∘−(A+C)=180∘−3C。
由 A<90∘ 得 2C<90∘⟹C<45∘;
由 B<90∘ 得 180∘−3C<90∘⟹C>30∘。
综上,角 C 的取值范围为 30∘<C<45∘。
2. 利用正弦定理将边长用角 $C$ 表示,导出周长关于 $\cos C$ 的函数表达式
由正弦定理 sinAa=sinBb=sinCc,已知 c=1,则:
a=sinCsinA=sinCsin2C=sinC2sinCcosC=2cosC
b=sinCsinB=sinCsin(180∘−3C)=sinCsin3C=sinC3sinC−4sin3C=3−4sin2C=4cos2C−1
因此,△ABC 的周长 L=a+b+c 为:
L=2cosC+(4cos2C−1)+1=4cos2C+2cosC
3. 换元求二次函数的值域,得出周长的取值范围并确定答案
设 t=cosC。因为 30∘<C<45∘,所以:
cos45∘<cosC<cos30∘⟹22<t<23
考虑函数 f(t)=4t2+2t,其对称轴为 t=−41。在区间 (22,23) 上,f(t) 单调递增。
当 t→22 时,f(t)→4(21)+2(22)=2+2;
当 t→23 时,f(t)→4(43)+2(23)=3+3。
故周长 L 的取值范围是 (2+2,3+3),对应选项 C。