В треугольнике ABC известно, что угол A = 60° и стороны AB = 7, AC = 10: какие способы вычисления углов B и C вы предложите, какие погрешности могут возникнуть при численных методах и как проверить корректность результата
Способы (коротко с формулами и числом): 1) Закон косинусов сначала для стороны a=BCa=BCa=BC: a2=b2+c2−2bccosA,b=10, c=7, A=60∘
a^2=b^2+c^2-2bc\cos A,\qquad b=10,\ c=7,\ A=60^\circ a2=b2+c2−2bccosA,b=10,c=7,A=60∘
Подставляя: a2=100+49−2⋅10⋅7⋅cos60∘=149−70=79a^2=100+49-2\cdot10\cdot7\cdot\cos60^\circ=149-70=79a2=100+49−2⋅10⋅7⋅cos60∘=149−70=79, т.е. a=79≈8.888194417a=\sqrt{79}\approx8.888194417a=79≈8.888194417. Затем углы через косинусы: cosB=a2+c2−b22ac,cosC=a2+b2−c22ab.
\cos B=\frac{a^2+c^2-b^2}{2ac},\qquad \cos C=\frac{a^2+b^2-c^2}{2ab}. cosB=2aca2+c2−b2,cosC=2aba2+b2−c2.
Численно: cosB=281479=279≈0.224859⇒B≈77.01∘\cos B=\dfrac{28}{14\sqrt{79}}=\dfrac{2}{\sqrt{79}}\approx0.224859\Rightarrow B\approx77.01^\circcosB=147928=792≈0.224859⇒B≈77.01∘; cosC≈0.73156⇒C≈42.99∘\cos C\approx0.73156\Rightarrow C\approx42.99^\circcosC≈0.73156⇒C≈42.99∘. 2) Закон синусов (альтернатива): sinBb=sinAa⇒sinB=bsinAa.
\frac{\sin B}{b}=\frac{\sin A}{a}\Rightarrow \sin B=b\frac{\sin A}{a}. bsinB=asinA⇒sinB=basinA.
Подставляя: sinB=10sin60∘79≈0.9744\sin B=10\frac{\sin60^\circ}{\sqrt{79}}\approx0.9744sinB=1079sin60∘≈0.9744, B=arcsin(0.9744)≈76.99∘B=\arcsin(0.9744)\approx76.99^\circB=arcsin(0.9744)≈76.99∘ (возможна дополнительная проверка на дополнительный корень 180∘−B180^\circ-B180∘−B). 3) Геометрически/векторно: вычислить угол между векторами AB⃗\vec{AB}AB и CB⃗\vec{CB}CB или использовать atan2\operatorname{atan2}atan2 для устойчивого вычисления углов без неоднозначности знака косинуса/синуса. Возможные погрешности при численных методах: - Округления при вычислении \sqrt{\ } и тригонометрических функций (обычно крайне малы при двойной точности, порядка 10−1510^{-15}10−15 в относительном выражении). - При использовании закона синусов — неоднозначность arcsin\arcsinarcsin (второй возможный корень 180∘−B180^\circ-B180∘−B); может привести к ошибке на десятки градусов, если не проверить. - Катастрофическое вычитание при близких по величине числах в формулах косинусов (плохо ведёт себя при очень острых/тупых углах). - Ошибки при переводе радиан/градусов. Как проверить корректность результата (рекомендуемые проверки): - Сумма углов: A+B+C=180∘A+B+C=180^\circA+B+C=180∘ (проверить с допустимой погрешностью, например 10−810^{-8}10−8°). - Восстановить стороны по найденным углам через закон синусов: sinAa=sinBb=sinCc\dfrac{\sin A}{a}=\dfrac{\sin B}{b}=\dfrac{\sin C}{c}asinA=bsinB=csinC и сравнить с исходными b,cb,cb,c. - Сравнить значения углов, полученные разными методами (косинусы vs синусы); если расходятся — проблема с выбором ветви arcsin\arcsinarcsin или с потерей точности. - Убедиться в выполнении неравенств треугольника: b+c>ab+c>ab+c>a, и т.д. Итог (числа): B≈77.01∘, C≈42.99∘B\approx77.01^\circ,\ C\approx42.99^\circB≈77.01∘,C≈42.99∘.
1) Закон косинусов сначала для стороны a=BCa=BCa=BC:
a2=b2+c2−2bccosA,b=10, c=7, A=60∘ a^2=b^2+c^2-2bc\cos A,\qquad b=10,\ c=7,\ A=60^\circ
a2=b2+c2−2bccosA,b=10, c=7, A=60∘ Подставляя: a2=100+49−2⋅10⋅7⋅cos60∘=149−70=79a^2=100+49-2\cdot10\cdot7\cdot\cos60^\circ=149-70=79a2=100+49−2⋅10⋅7⋅cos60∘=149−70=79, т.е. a=79≈8.888194417a=\sqrt{79}\approx8.888194417a=79 ≈8.888194417.
Затем углы через косинусы:
cosB=a2+c2−b22ac,cosC=a2+b2−c22ab. \cos B=\frac{a^2+c^2-b^2}{2ac},\qquad \cos C=\frac{a^2+b^2-c^2}{2ab}.
cosB=2aca2+c2−b2 ,cosC=2aba2+b2−c2 . Численно: cosB=281479=279≈0.224859⇒B≈77.01∘\cos B=\dfrac{28}{14\sqrt{79}}=\dfrac{2}{\sqrt{79}}\approx0.224859\Rightarrow B\approx77.01^\circcosB=1479 28 =79 2 ≈0.224859⇒B≈77.01∘;
cosC≈0.73156⇒C≈42.99∘\cos C\approx0.73156\Rightarrow C\approx42.99^\circcosC≈0.73156⇒C≈42.99∘.
2) Закон синусов (альтернатива):
sinBb=sinAa⇒sinB=bsinAa. \frac{\sin B}{b}=\frac{\sin A}{a}\Rightarrow \sin B=b\frac{\sin A}{a}.
bsinB =asinA ⇒sinB=basinA . Подставляя: sinB=10sin60∘79≈0.9744\sin B=10\frac{\sin60^\circ}{\sqrt{79}}\approx0.9744sinB=1079 sin60∘ ≈0.9744, B=arcsin(0.9744)≈76.99∘B=\arcsin(0.9744)\approx76.99^\circB=arcsin(0.9744)≈76.99∘ (возможна дополнительная проверка на дополнительный корень 180∘−B180^\circ-B180∘−B).
3) Геометрически/векторно: вычислить угол между векторами AB⃗\vec{AB}AB и CB⃗\vec{CB}CB или использовать atan2\operatorname{atan2}atan2 для устойчивого вычисления углов без неоднозначности знака косинуса/синуса.
Возможные погрешности при численных методах:
- Округления при вычислении \sqrt{\ } и тригонометрических функций (обычно крайне малы при двойной точности, порядка 10−1510^{-15}10−15 в относительном выражении).
- При использовании закона синусов — неоднозначность arcsin\arcsinarcsin (второй возможный корень 180∘−B180^\circ-B180∘−B); может привести к ошибке на десятки градусов, если не проверить.
- Катастрофическое вычитание при близких по величине числах в формулах косинусов (плохо ведёт себя при очень острых/тупых углах).
- Ошибки при переводе радиан/градусов.
Как проверить корректность результата (рекомендуемые проверки):
- Сумма углов: A+B+C=180∘A+B+C=180^\circA+B+C=180∘ (проверить с допустимой погрешностью, например 10−810^{-8}10−8°).
- Восстановить стороны по найденным углам через закон синусов: sinAa=sinBb=sinCc\dfrac{\sin A}{a}=\dfrac{\sin B}{b}=\dfrac{\sin C}{c}asinA =bsinB =csinC и сравнить с исходными b,cb,cb,c.
- Сравнить значения углов, полученные разными методами (косинусы vs синусы); если расходятся — проблема с выбором ветви arcsin\arcsinarcsin или с потерей точности.
- Убедиться в выполнении неравенств треугольника: b+c>ab+c>ab+c>a, и т.д.
Итог (числа): B≈77.01∘, C≈42.99∘B\approx77.01^\circ,\ C\approx42.99^\circB≈77.01∘, C≈42.99∘.