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已知两边及一对角(SSA)时三角形解的个数判定及思路验证

已知两边及一对角(SSA)时三角形解的个数判定及思路验证

你的这个几何直观思路完全正确!这其实就是咱们常说的SSA(边-边-角)三角形解的个数问题,用圆和直线的交点来分析是非常接地气且直观的方法,比死记公式好理解多了。

先确认下咱们的前提:已知边$a$、边$b$,角$B$是边$a$的邻角,同时是边$b$的对角(也就是你说的非夹边角)。你说的“固定边$a$,一端画半径为$b$的圆,另一端画给定角$B$的直线,通过直线和圆的交点数判断三角形个数”这个逻辑完全站得住脚——因为交点就是三角形的第三个顶点,所以交点数就是能构成的有效三角形个数,最多2个,最少0个。

下面咱们分情况把判定规则理清楚,对应你提到的$a > b$、$a = b$、$a < b$三种场景:

情况1:$a > b$

  • 首先,三角形里大边对大角,因为$a > b$,所以边$a$的对角$\angle A$肯定大于$\angle B$。如果$\angle B$是钝角($\geq 90^\circ$),那$\angle A$会更大,两个钝角加起来超过$180^\circ$,根本构不成三角形,这种情况0个三角形
  • 当$\angle B$是锐角时,咱们需要对比$b$和$a \cdot \sin B$的大小($a \cdot \sin B$其实是从圆心到那条直线的垂直距离,也就是圆和直线能相交的最小半径):
    • 如果$b < a \cdot \sin B$:圆的半径不够长,直线碰不到圆,0个三角形
    • 如果$b = a \cdot \sin B$:直线刚好和圆相切,只有一个交点,这时候构成的是直角三角形(直角在第三个顶点),1个三角形。你提到的逆命题也成立:如果$a > b$且$\sin(B) = \frac{b}{a}$,那必然是唯一的直角三角形,因为此时$b$刚好等于$a \cdot \sin B$,直线和圆只有一个切点;
    • 如果$b > a \cdot \sin B$:直线和圆有两个交点,这两个点都能构成符合条件的三角形(一个是锐角三角形,一个是钝角三角形),2个三角形

情况2:$a = b$

  • 这时候两条边相等,$\angle B$是边$b$的对角,同时是边$a$的邻角:
    • 如果$\angle B \geq 90^\circ$:因为$a = b$,所以$\angle A = \angle B$,两个$\geq 90\circ$的角加起来超过$180\circ$,不可能构成三角形,0个三角形
    • 如果$\angle B < 90^\circ$:圆的半径等于边$a$,直线和圆只会有一个有效交点(另一个交点和边$a$的端点重合,构不成新的三角形),只能形成一个等腰三角形($a = b$,$\angle A = \angle B$),1个三角形,和你观察的完全一致。

情况3:$a < b$

  • 这时候边$b$更长,$\angle B$是边$b$的对角:
    • 不管$\angle B$是锐角还是钝角(只要$\angle B < 180^\circ$),根据大边对大角,$\angle B$肯定大于$\angle A$(边$a$的对角),剩下的$\angle C$必然是正数,直线和圆只会有一个有效交点(另一个交点在边$a$的反向延长线上,构不成三角形),所以1个三角形。这也和你说的“只要角小于180°就有一个三角形”的结论匹配。

总的来说,你通过作图的方式理解SSA解的个数,这个思路非常棒,比单纯记规则要深刻得多,你的那些观察也都是完全正确的。

备注:内容来源于stack exchange,提问作者zlaaemi

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