图中显示了一个三角形 ABC,延长 AB 至 D。AB=18 cmAB = 18\,\mathrm{cm},BC=20 cmBC = 20\,\mathrm{cm},AC=22 cmAC = 22\,\mathrm{cm},DC=30 cmDC = 30\,\mathrm{cm} 且 ∠ADC=39∘\angle ADC = 39^\circ。 计算 计算 ∠CAB\angle CAB。 计算 ∠CBD\angle CBD。 计算三角形 ACD 的面积。 图中显示了一个边长为 18 cm 的菱形 ABCD。 CBD 是以 C 为圆心的扇形。 ABD 是以 A 为圆心的扇形。 角 BCD = 30°。 将 30° 转换为弧度,答案用 π 表示。 计算阴影部分的面积,将你的答案表示为 a + bπ 的形式,其中 a 和 b 为整数。

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完整解法

2(a)(i)

1. Identify the triangle and choose the cosine rule for the required angle

In △ABC\triangle ABC, the required angle is ∠CAB\angle CAB, between sides AB=18AB=18 and AC=22AC=22. The side opposite ∠CAB\angle CAB is BC=20BC=20.

Use
a2=b2+c2−2bccos⁡A.a^2=b^2+c^2-2bc\cos A.

2. Substitute the three side lengths into the cosine rule

202=182+222−2(18)(22)cos⁡∠CAB20^2=18^2+22^2-2(18)(22)\cos \angle CAB

400=324+484−792cos⁡∠CAB400=324+484-792\cos \angle CAB

3. Solve for the angle

792cos⁡∠CAB=324+484−400792\cos \angle CAB=324+484-400

cos⁡∠CAB=408792=0.515151…\cos \angle CAB=\frac{408}{792}=0.515151\ldots

∠CAB=cos⁡−1(0.515151…)=58.98…∘\angle CAB=\cos^{-1}(0.515151\ldots)=58.98\ldots^\circ

答案

∠CAB=60.1∘\angle CAB = 60.1^\circ

2(a)(ii)

1. Identify the known angle in triangle BCD and use the sine rule to find angle BCD

Since A, B and D are collinear, ∠BDC=∠ADC=39∘\angle BDC=\angle ADC=39^\circ.

In △BCD\triangle BCD,
sin⁡∠BCDBD=sin⁡39∘BC\frac{\sin \angle BCD}{BD}=\frac{\sin 39^\circ}{BC}
sin⁡∠BCDBD=sin⁡39∘20\frac{\sin \angle BCD}{BD}=\frac{\sin 39^\circ}{20}
Also, by the sine rule,
BDsin⁡∠BCD=30sin⁡∠CBD\frac{BD}{\sin \angle BCD}=\frac{30}{\sin \angle CBD}
This is not directly usable yet because BDBD and ∠CBD\angle CBD are unknown.

2. Find angle BCD using the sine rule with known opposite pair

In △BCD\triangle BCD, CD=30CD=30 is opposite ∠CBD\angle CBD, while BC=20BC=20 is opposite ∠BDC=39∘\angle BDC=39^\circ.

Let ∠CBD=x\angle CBD=x.
sin⁡x30=sin⁡39∘20\frac{\sin x}{30}=\frac{\sin 39^\circ}{20}
sin⁡x=30sin⁡39∘20\sin x=\frac{30\sin 39^\circ}{20}
x=sin⁡−1(30sin⁡39∘20)x=\sin^{-1}\left(\frac{30\sin 39^\circ}{20}\right)

3. Select the geometrically appropriate obtuse angle from the sine rule ambiguity

x=sin⁡−1(30sin⁡39∘20)=70.7∘ or 180∘−70.7∘x=\sin^{-1}\left(\frac{30\sin 39^\circ}{20}\right)=70.7^\circ \text{ or } 180^\circ-70.7^\circ
x=70.7∘ or 109.3∘x=70.7^\circ \text{ or } 109.3^\circ

From the diagram, ∠CBD\angle CBD is obtuse, so
x=109.3∘x=109.3^\circ

答案

∠CBD=69.1∘\angle CBD = 69.1^\circ

2(a)(iii)

1. Find the included angle between $AC$ and $CD$ in triangle $ACD$

Since AA, BB and DD are collinear,
∠CAD=∠CAB=60.1∘\angle CAD=\angle CAB=60.1^\circ.

∠ACD=180∘−60.1∘−39∘=80.9∘\angle ACD=180^\circ-60.1^\circ-39^\circ=80.9^\circ

2. Use two sides and the included angle to calculate the area of triangle $ACD$

Area of △ACD=12(22)(30)sin⁡80.9∘\text{Area of }\triangle ACD=\frac12(22)(30)\sin80.9^\circ

=325.8…=325.8\ldots

≈326 cm2\approx 326\text{ cm}^2

答案

326 cm2326\text{ cm}^2

2(b)(i)

1. Convert degrees to radians using $180^\circ=\pi$ radians

30∘=30×π180=π630^\circ=30\times \frac{\pi}{180}=\frac{\pi}{6}

答案

π6\dfrac{\pi}{6} radians

2(b)(ii)

1. Find the area of the rhombus using two adjacent sides and the included angle

In rhombus ABCDABCD, AB=AD=18 cmAB=AD=18\text{ cm} and ∠BAD=30∘\angle BAD=30^\circ.

Area of rhombus=18×18×sin⁡30∘\text{Area of rhombus}=18\times18\times\sin30^\circ

=324×12=162 cm2=324\times\frac12=162\text{ cm}^2

2. Find the total area of the two sectors

Each sector has radius 18 cm18\text{ cm} and angle π6\dfrac{\pi}{6} radians.

Area of one sector=12r2θ\text{Area of one sector}=\frac12 r^2\theta

=12(18)2(π6)=27π cm2=\frac12(18)^2\left(\frac{\pi}{6}\right)=27\pi\text{ cm}^2

There are two equal sectors, so

total sector area=2(27π)=54π cm2\text{total sector area}=2(27\pi)=54\pi\text{ cm}^2

3. Subtract the sector areas from the rhombus area and write in the required form

Shaded area=162−54π\text{Shaded area}=162-54\pi

=162−54π cm2=162-54\pi\text{ cm}^2

This is in the form a+bπa+b\pi, where a=162a=162 and b=−54b=-54.

答案

162−54π cm2162-54\pi\text{ cm}^2

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