097_07A_q12
97 指考數學甲 第 12 題
📅 97 年 📝 指考數學甲 第 12 題 題型:非選 課綱:99課綱
設 $\Delta ABC$ 的三高分別為 $\overline{AD} = 6$、$\overline{BE} = 4$、$\overline{CF} = 3$。 (1) 試證:$\Delta ABC$ 是一鈍角三角形。($6$ 分) (2) 試求 $\Delta ABC$ 的面積。($8$ 分)
三角形面積公式海倫公式餘弦定理三角形高與邊長關係平面幾何三角函數
解題手法設未知數〔AI 推測〕
答案

(1) 證明見解析 (2) 面積為 $\dfrac{16\sqrt{15}}{5}$

非選擇題

詳解
設 $\Delta ABC$ 的三邊長分別為 $a, b, c$,面積為 $\Delta$。 已知三高分別為 $h_a = 6$、$h_b = 4$、$h_c = 3$。 由三角形面積公式可知: $$\Delta = \dfrac{1}{2} a h_a = \dfrac{1}{2} b h_b = \dfrac{1}{2} c h_c$$ 因此邊長可表示為: $$a = \dfrac{2\Delta}{6} = \dfrac{\Delta}{3}, \ b = \dfrac{2\Delta}{4} = \dfrac{\Delta}{2}, \ c = \dfrac{2\Delta}{3} = \dfrac{2\Delta}{3}$$ 三邊之比例關係為: $$a : b : c = \dfrac{1}{3} : \dfrac{1}{2} : \dfrac{2}{3} = 2 : 3 : 4$$ (1) **證明 $\Delta ABC$ 是一鈍角三角形**: 設三邊長分別為 $a = 2k$,$b = 3k$,$c = 4k$(其中 $k > 0$)。 最長邊為 $c = 4k$,故最大角必為 $\angle C$。 根據餘弦定理計算 $\cos C$: $$\cos C = \dfrac{a^2 + b^2 - c^2}{2ab} = \dfrac{(2k)^2 + (3k)^2 - (4k)^2}{2(2k)(3k)} = \dfrac{4 + 9 - 16}{12} = -\dfrac{3}{12} = -\dfrac{1}{4}$$ 開為 $\cos C = -\dfrac{1}{4} < 0$,所以 $\angle C$ 為鈍角(即 $90^\circ < C < 180^\circ$)。 故 $\Delta ABC$ 為鈍角三角形。得證。 (2) **計算 $\Delta ABC$ 的面積**: 由海倫公式,三角形的半周長 $s$ 為: $$s = \dfrac{a + b + c}{2} = \dfrac{2k + 3k + 4k}{2} = \dfrac{9}{2}k$$ 面積為: $$\Delta = \sqrt{s(s-a)(s-b)(s-c)} = \sqrt{\dfrac{9}{2}k \left(\dfrac{9}{2}k - 2k\right) \left(\dfrac{9}{2}k - 3k\right) \left(\dfrac{9}{2}k - 4k\right)}$$ $$\Delta = \sqrt{\dfrac{9}{2}k \cdot \dfrac{5}{2}k \cdot \dfrac{3}{2}k \cdot \dfrac{1}{2}k} = \sqrt{\dfrac{135}{16}} k^2 = \dfrac{3\sqrt{15}}{4} k^2$$ 又因為邊長 $a = 2k = \dfrac{\Delta}{3} \implies k = \dfrac{\Delta}{6}$。 將其代回面積公式: $$\Delta = \dfrac{3\sqrt{15}}{4} \left(\dfrac{\Delta}{6}\right)^2 = \dfrac{3\sqrt{15}}{4} \cdot \dfrac{\Delta^2}{36} = \dfrac{\sqrt{15}}{48} \Delta^2$$ 因為 $\Delta > 0$,等式兩邊同除以 $\Delta$ 得: $$1 = \dfrac{\sqrt{15}}{48} \Delta \implies \Delta = \dfrac{48}{\sqrt{15}} = \dfrac{16\sqrt{15}}{5}$$ 故三角形 $\Delta ABC$ 的面積為 $\dfrac{16\sqrt{15}}{5}$。

題目來源:大學入學考試中心公開試題。

解析狀態:本解析由 AI 輔助產出,未經人工審核,非官方詳解,僅供學習參考。如與官方公告不同,請以官方公告為準。