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用Mathematica分析一个网友的问题

前几天在网上,有网友提出几个问题:在△ABC中,sinC=(cosA)^2+(cosB)^2,判断△ABC的形状。本以为这个问题很简单,但是,经过一番分析之后,发现这个问题不仅很难,而且就连Mathematica做起来也很费劲。后来发现,网友在抄题的时候抄错了!即便如此,我还是要把这个错误的问题,进行下去,看看能得到什么成果!
工具/原料
1

电脑

2

Mathematica

方法/步骤
1

声明:本文所有的角度,如果没有特殊交代,都采用弧度制!初看此题,感觉应该没什么难度,所以,直接进行三角函数变形:

2

提取公因式:

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我的能力,也就能转化到这一步了。可以发现,原题对应着两个基本情形:sin ( π/2-A-B)/2=0或者cosA•cos ( π/2-A+B)/2+cosB•cos(π/2+A-B)/2=0

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前者,可以直接推导出:A+B= π/2,而后者,我实在是难以转换,于是,我打算用Mathematica来试试。首先,宽泛地作出它对应的图像——图中的蓝色平面就是平面z=0。

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由这个条件显然解不出A和B的具体值,所以我假设A+B=a,通过给a赋值,并解方程组:Manipulate[FindInstance[Cos[A] Cos[(Pi/2-A+B)/2]+Cos[B] Cos[(Pi/2+A-B)/2]==0&&A+B==a&&0

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下面回到原题,看看Mathematica能不能化简这个式子:TrigExpand[Cos[A]^2+Cos[B]^2-Sin[A+B]]TrigReduce[Cos[A]^2+Cos[B]^2-Sin[A+B]]TrigToExp[Cos[A]^2+Cos[B]^2-Sin[A+B]]TrigFactor[Cos[A]^2+Cos[B]^2-Sin[A+B]]

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对原题里面的方程进行整体绘图:ContourPlot[Cos[A]^2+Cos[B]^2-Sin[Pi-A-B]==0,{A,0,Pi},{B,0,Pi}].Plot3D[{Cos[A]^2+Cos[B]^2-Sin[A+B],0},{A,0,Pi},{B,0,Pi},PlotStyle->{{Red,Opacity[0.5]},{Green,Opacity[0.5]}}]

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如果放开对A、B角度的限制,可以适当扩大作图区域:Plot3D[{Cos[A]^2+Cos[B]^2-Sin[A+B],0},{A,-3 Pi,3 Pi},{B,-3 Pi,3 Pi} ,    PlotStyle->{{Red,Opacity[0.5]},{Green,Opacity[0.5]}}]

注意事项

最后,说一下,这个问题的难度已经超出了数学竞赛的范围,甚至,Mathematica处理起来,都有点吃力。

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