设△ABC\vartriangle ABC的面积为SS,角AA,BB,CC的对边分别为aa,bb,c.c.若4S+a2=b2+c24S+{a}^{2}={b}^{2}+{c}^{2},则sin⁡C−cos⁡(B+π4)\sin C-\cos\left(B+\dfrac{π}{4}\right)取最大值时,C=C=___.

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完整解法

1. 由已知等式利用余弦定理和三角形面积公式求出角 $A$ 的大小

因为 △ABC\vartriangle ABC 的面积为 S=12bcsin⁡AS = \dfrac{1}{2}bc\sin A,
由余弦定理得 b2+c2−a2=2bccos⁡Ab^2+c^2-a^2 = 2bc\cos A.
将它们代入已知条件 4S+a2=b2+c24S+a^2=b^2+c^2,即 4S=b2+c2−a24S = b^2+c^2-a^2,得:
4×12bcsin⁡A=2bccos⁡A4 \times \dfrac{1}{2}bc\sin A = 2bc\cos A
化简可得:
2bcsin⁡A=2bccos⁡A2bc\sin A = 2bc\cos A
因为 b,c>0b,c > 0,所以可以约去 2bc2bc,得:
sin⁡A=cos⁡A\sin A = \cos A
即 tan⁡A=1\tan A = 1.
因为 AA 为三角形的内角,即 A∈(0,π)A \in (0, \pi),所以 A=π4A = \dfrac{\pi}{4}.

2. 利用三角形内角和定理消去变量 $B$,将待求代数式转化为关于角 $C$ 的一元表达式

由 A=π4A = \dfrac{\pi}{4} 可得 B+C=π−A=3π4B+C = \pi - A = \dfrac{3\pi}{4},即 B=3π4−CB = \dfrac{3\pi}{4} - C.
代入待求最值的代数式 sin⁡C−cos⁡(B+π4)\sin C - \cos\left(B+\dfrac{\pi}{4}\right) 中,得到:
sin⁡C−cos⁡(3π4−C+π4)=sin⁡C−cos⁡(π−C)\sin C - \cos\left(\dfrac{3\pi}{4} - C + \dfrac{\pi}{4}\right) = \sin C - \cos(\pi - C)

3. 借助诱导公式和辅助角公式将表达式化简为单一的三角函数形式

利用诱导公式 cos⁡(π−C)=−cos⁡C\cos(\pi - C) = -\cos C,原式可化为:
sin⁡C+cos⁡C\sin C + \cos C
利用辅助角公式化简得:
2sin⁡(C+π4)\sqrt{2}\sin\left(C+\dfrac{\pi}{4}\right)

4. 分析角 $C$ 的取值范围,求出正弦函数取得最大值时角 $C$ 的值

因为 B=3π4−C>0B = \dfrac{3\pi}{4} - C > 0 且 C>0C > 0,所以 0<C<3π40 < C < \dfrac{3\pi}{4}.
从而可得 π4<C+π4<π\dfrac{\pi}{4} < C + \dfrac{\pi}{4} < \pi.
当且仅当 C+π4=π2C + \dfrac{\pi}{4} = \dfrac{\pi}{2},即 C=π4C = \dfrac{\pi}{4} 时,\sin\left(C+\dfrac{\pi}{4} ight) 取得最大值 11,此时原代数式取得最大值 2\sqrt{2}.
因此,原式取最大值时 C=π4C = \dfrac{\pi}{4}.

答案

\dfrac{\pi}{4}

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