平面向量习题|高阶

前言

  • 在高中阶段,平面向量是个非常特殊的数学素材,在没有引入向量的坐标时,我们一般会想到用“形”来刻画向量,它们之间的加减运算主要依托“三角形法则”和“平行四边形法则”展开;当引入了向量的坐标表示以后,向量就有了“数”的内涵,这时候向量之间的运算,即可以考虑用“形”来刻画,也可以考虑用数来刻画。

  • 比如用形来刻画运算,\(\overrightarrow{AB}+\overrightarrow{BC}+\overrightarrow{CA}=\vec{0}\)\(\overrightarrow{AB}=\overrightarrow{AC}-\overrightarrow{BC}\)等,

  • 再比如用数来刻画运算,设\(\vec{a}=(x_1,y_1)\)\(\vec{b}=(x_2,y_2)\);则\(\vec{a}\pm \vec{b}=(x_1\pm x_2,y_1\pm y_2)\)\(\vec{a}\cdot \vec{b}=x_1x_2+y_1y_2\)

  • 再比如用数来刻画位置关系,\(\vec{a}//\vec{b}\Leftrightarrow x_1y_2-x_2y_1=0\)\(\vec{a}\perp \vec{b}\Leftrightarrow x_1x_2+y_1y_2=0\)

相关定理

  • 平面几何知识;

  • 当三角形中出现一边的中点时,是否可以考虑用向量方法求解;

典例剖析

\(O\)\(\Delta ABC\)内部,且有\(\overrightarrow{OA}+2\overrightarrow{OB}+3\overrightarrow{OC}=\vec{0}\),则\(\Delta ABC\)的面积与\(\Delta AOC\)的面积之比为多少?

分析:由题目可知\(\overrightarrow{OA}+2\overrightarrow{OB}+3\overrightarrow{OC}=\vec{0}\)

将其系数做恰当的拆分得到,\((\overrightarrow{OA}+\overrightarrow{OC})+2(\overrightarrow{OB}+\overrightarrow{OC})=\vec{0}\)

如图即\(2\overrightarrow{OD}=-4\overrightarrow{OE}\),即\(\overrightarrow{OD}=-2\overrightarrow{OE}\)

即可知点\(O\)一定在\(\Delta ABC\)的中位线\(DE\)上,且在中位线上靠近点\(E\)的三等分点处。

理由如下:以\(OA\)\(OC\)为邻边做平行四边形\(AOCG\),则点\(D\)\(AC\)的中点,

同理,点\(E\)\(BC\)的中点,则可知\(DE\)为中位线,又\(\overrightarrow{OD}=-2\overrightarrow{OE}\)

\(O、D、E\)三点共线,故点\(O\)一定在\(\Delta ABC\)的中位线\(DE\)上,且在中位线上靠近点\(E\)的三等分点处。

令点\(B\)到边\(AC\)的高线为\(h\),则过点\(E\)和边\(AC\)平行的直线必然会平分高线\(h\)

又由于点\(O\)\(DE\)的三等分点之一,故\(\triangle AOC\) 的高为\(\cfrac{h}{2}\)\(\cfrac{2}{3}\)

\(S_{\Delta ABC}=\cfrac{1}{2}\cdot AC\cdot h\)\(S_{\Delta AOC}=\cfrac{1}{2}\cdot AC\cdot \cfrac{h}{2}\cdot \cfrac{2}{3}=\cfrac{1}{3}\cdot\cfrac{1}{2}\cdot AC\cdot h\)

\(\Delta ABC\)的面积与\(\Delta AOC\)的面积之比为3。

【反思总结】:线段等分点的向量给出方式,

二等分点(中点):\(\overrightarrow{OA}=-\overrightarrow{OB}\),或\(\overrightarrow{OA}+\overrightarrow{OB}=\overrightarrow{0}\),则点\(O\)\(AB\)的中点;

三等分点:\(\overrightarrow{OA}=-2\overrightarrow{OB}\),或\(\overrightarrow{OA}+2\overrightarrow{OB}=\overrightarrow{0}\),则点\(O\)\(AB\)的靠近\(B\)的三等分点;

四等分点:\(\overrightarrow{OA}=-3\overrightarrow{OB}\),或\(\overrightarrow{OA}+3\overrightarrow{OB}=\overrightarrow{0}\),则点\(O\)\(AB\)的靠近\(B\)的四等分点;

\(O\)\(\Delta ABC\)内部,且有\(\overrightarrow{OA}=2\overrightarrow{BO}+3\overrightarrow{CO}\),延长\(BO\)\(AC\)于点\(D\),则\(\cfrac{S_{\Delta COD}}{S_{\Delta AOD}}\)的值为【B】

$A.\cfrac{2}{3}$ $B.\cfrac{1}{3}$ $C.\cfrac{1}{2}$ $D.\cfrac{3}{4}$

分析:由题目可知\(\overrightarrow{OA}+2\overrightarrow{OB}+3\overrightarrow{OC}=\vec{0}\)

将其系数做恰当的拆分得到,\((\overrightarrow{OA}+\overrightarrow{OC})+2(\overrightarrow{OB}+\overrightarrow{OC})=\vec{0}\)

如图即\(2\overrightarrow{OF}=-4\overrightarrow{OE}\),即\(\overrightarrow{OF}=-2\overrightarrow{OE}\)

即可知\(E、O、F\)三点共线,且点\(O\)一定在\(\Delta ABC\)的中位线\(EF\)上,且在中位线上靠近点\(E\)的三等分点处。

理由如下:以\(OA\)\(OC\)为邻边做平行四边形\(AOCG\),则点\(F\)\(AC\)的中点,

同理,点\(E\)\(BC\)的中点,则可知\(EF\)为中位线,又\(\overrightarrow{OF}=-2\overrightarrow{OE}\)

\(E、O、F\)三点共线,故点\(O\)一定在\(\Delta ABC\)的中位线\(EF\)上,且在中位线上靠近点\(E\)的三等分点处。

此时连结\(BE\),由点\(O\)\(\triangle BCF\)的重心可知,延长\(BO\)\(AC\)于点\(D\)

则点\(D\)必是边\(CF\)的中点,即\(CD=DF\),则\(AD=2DF=3CD\)

过点\(O\)\(AC\)的垂线段,设其高为\(h\)

由同高不同底可得,\(\cfrac{S_{\Delta COD}}{S_{\Delta AOD}}=\cfrac{\cfrac{1}{2}\cdot CD\cdot h}{\cfrac{1}{2}\cdot AD\cdot h}=\cfrac{1}{3}\)

【解后反思】当题目告诉\(\overrightarrow{OA}=2\overrightarrow{BO}+3\overrightarrow{CO}\),则有结论:

\(E、O、F\)三点共线,点\(O\)一定在\(\Delta ABC\)的中位线\(EF\)上,且在中位线上靠近点\(E\)的三等分点处。

②延长\(BO\)\(AC\)与点\(D\),则点\(D\)\(CF\)的中点。

③三等分点出现,常常和三角形的重心,三角形边的中点等联系起来,

\(P\)\(\Delta ABC\)内部,且有\(\overrightarrow{AP}=\cfrac{1}{2}\cdot \overrightarrow{AB}+\cfrac{1}{3}\cdot\overrightarrow{AC}\),则\(\cfrac{S_{\Delta ABP}}{S_{\Delta ABC}}\)的值为【B】

$A.\cfrac{2}{3}$ $B.\cfrac{1}{3}$ $C.\cfrac{1}{2}$ $D.\cfrac{3}{4}$

分析:如图,点\(E\)\(F\)分别是边\(AB\)\(AC\)的二等分点和三等分点,作平行四边形\(AEPF\),延长\(AP\)\(BC\)于点\(D\)

则由图可知,\(\triangle ABP\)的高\(PM\)\(\triangle ABC\)的高\(CN\)的关系为\(CN=3PM\)

故由同底不同高可知,\(\cfrac{S_{\Delta ABP}}{S_{\Delta ABC}}=\cfrac{\cfrac{1}{2}\cdot PM\cdot AB}{\cfrac{1}{2}\cdot CN\cdot AB}=\cfrac{1}{3}\)

引申:且可知\(3BD=2CD\)

【三角形重心的给出方式】在\(\Delta ABC\)中,\(\overrightarrow{AB}+\overrightarrow{AC}=3\overrightarrow{AD}\),则点\(D\)\(\triangle ABC\)的重心。

分析:如图所示,


由于\(\overrightarrow{AB}+\overrightarrow{AC}=3\overrightarrow{AD}\)

\(\overrightarrow{AB}+\overrightarrow{AC}=\overrightarrow{AE}=2\overrightarrow{AF}=2\cdot \cfrac{3}{2}\overrightarrow{AD}=3\overrightarrow{AD}\)

故点\(D\)\(\triangle ABC\)的重心,

设F\(_1\)、F\(_2\)为双曲线\(\cfrac{x^2}{a^2}-\cfrac{y^2}{b^2}=1(a>0,b>0)\)的左右焦点,\(P\)为双曲线右支上的一点,满足\((\overrightarrow{OP}+\overrightarrow{OF_2})\cdot \overrightarrow{PF_2}=0\)\(O\)为坐标原点,且\(3|\overrightarrow{PF_1}|=4|\overrightarrow{PF_2}|\),则双曲线的离心率是多少?

分析:设点\(P(x,y)\),由点\(F_1(-c,0)\)和点\(F_2(c,0)\),得到\(\overrightarrow{OP}=(x,y)\)\(\overrightarrow{OF_2}=(c,0)\)

\(\overrightarrow{OP}+\overrightarrow{OF_2}=(c+x,y)\)\(\overrightarrow{PF_1}=(-c-x,-y)\)\(\overrightarrow{PF_2}=(c-x,-y)\)

\((\overrightarrow{OP}+\overrightarrow{OF_2})\cdot \overrightarrow{PF_2}=0\)得到,

\((c-x)(c+x)-y^2=0\),即\(c^2=x^2+y^2\)

即点\(P\)在以坐标原点为圆心,以\(c\)为半径的圆上;

也在以\(F_1F_2\)为直径的圆上,故\(\angle F_1PF_2=90^{\circ}\)

【初中数学:直径所对的圆周角为直角】

故有\(\overrightarrow{PF_1}\cdot \overrightarrow{PF_2}=0\)

这样\(3|\overrightarrow{PF_1}|=4|\overrightarrow{PF_2}|\)得到,

可设\(|PF_1|=4k(k>0)\)\(|PF_2|=3k\),故\(|F_1F_2|=5k\),即\(2c=5k\)

又由双曲线的定义知道,\(|PF_1|-|PF_2|=2a=k\)

则离心率\(e=\cfrac{2c}{2a}=\cfrac{5k}{k}=5\)

【点评】①用向量的左边引入数学运算,从而能得到点\(P\)的轨迹,这样就能得出直角三角形。

②由直角三角形结合已知条件能得到\(2c\),用定义式能得到\(2a\),从而离心率可解。

【2017辽宁沈阳二模】已知向量\(\overrightarrow{OA}=(3,1)\)\(\overrightarrow{OB}=(-1,3)\)\(\overrightarrow{OC}=m\overrightarrow{OA}\)\(-n\overrightarrow{OB}\)\((m>0,n>0)\),若\(m+n\in [1,2]\),则向量\(|\overrightarrow{OC}|\)的取值范围是【】

$A.[\sqrt{5},2\sqrt{5}]$ $B.[\sqrt{5},2\sqrt{10})$ $C.(\sqrt{5},\sqrt{10})$ $D.[\sqrt{5},2\sqrt{10}]$

解:\(\overrightarrow{OC}=m\overrightarrow{OA}-n\overrightarrow{OB}=m(3,1)-n(-1,3)=(3m,m)-(-n,3n)=(3m+n,m-3n)\)

\(|\overrightarrow{OC}|=\sqrt{(3m+n)^2+(m-3n)^2}=\sqrt{10m^2+10n^2}=\sqrt{10}\sqrt{m^2+n^2}\)

【预备知识】已知\(m>0\)\(n>0\)\(m+n\in [1,2]\),求\(m^2+n^2\)的取值范围。

分析:将上述给定的数的条件转化为形的条件,则\(m^2+n^2\)可以看成半径为\(r\)的动圆上位于第一象限内的一点,\(1\leq m+n\leq 2\)可以看成两条平行线\(m+n=1\)\(m+n=2\)之间的平面区域内且位于第一象限的的任意一点,

\(m^2+n^2\)的取值范围:最小值可以看成圆心\((0,0)\)到直线\(m+n=1\)的距离的平方,最大值可以看成圆心\((0,0)\)到点\((0,2)\)\((2,0)\)的距离的平方(取不到),

则可知\(d_1=\cfrac{1}{\sqrt{2}}\)\(d_2=2\),故\(d_1^2=\cfrac{1}{2}\)\(d_2^2=4\),即\(m^2+n^2\in [\cfrac{1}{2},4]\)

接上可知,\(|\overrightarrow{OC}|=\sqrt{10}\sqrt{m^2+n^2}\in [\sqrt{5},2\sqrt{10})\),故选\(B\)

已知向量\(\vec{a}=(1,1)\)\(\vec{b}=(-1,1)\)\(\vec{c}=(\sqrt{2}cos\theta,\sqrt{2}sin\theta)\),实数\(m,n\)满足\(m\vec{a}+n\vec{b}=\vec{c}\),则\((m-1)^2+(n-1)^2\)的最小值为\(3-2\sqrt{2}\)

法1:由于\(m\vec{a}+n\vec{b}=\vec{c}\),即\(m(1,1)+n(-1,1)=(\sqrt{2}cos\theta,\sqrt{2}sin\theta)\)

\(\left\{\begin{array}{l}{m-n=\sqrt{2}cos\theta}\\{m+n=\sqrt{2}sin\theta}\end{array}\right.\),借助\(cos^2\theta+sin^2\theta=1\)可得,

\((m+n)^2+(m-n)^2=2\),打开整理得到\(m^2+n^2=1\)

\((m-1)^2+(n-1)^2=m^2+n^2-2(m+n)+2=3-2\sqrt{2}sin\theta\)

由于\(-1\leq sin\theta\leq 1\),则\(3-2\sqrt{2}\leq 3-2\sqrt{2}sin\theta\leq 3+2\sqrt{2}\)

故所求的最小值为\(3-2\sqrt{2}\)

法2:变量集中,由\(\left\{\begin{array}{l}{m-n=\sqrt{2}cos\theta}\\{m+n=\sqrt{2}sin\theta}\end{array}\right.\)

解得\(m=\cfrac{\sqrt{2}(cos\theta+sin\theta)}{2}\)\(n=\cfrac{\sqrt{2}(sin\theta-cos\theta)}{2}\)

代入得到\((m-1)^2+(n-1)^2=\Big[\cfrac{\sqrt{2}(cos\theta+sin\theta)}{2}-1\Big]^2+\Big[\cfrac{\sqrt{2}(sin\theta-cos\theta)}{2}-1\Big]^2\)

\(=3-2\sqrt{2}sin\theta\);其余同上;

【均值不等式的使用】在平面直角坐标系\(xoy\)中,已知点\(A\)在椭圆\(\cfrac{x^2}{16}+\cfrac{y^2}{8}=1\)上,点\(P\)满足\(\overrightarrow{AP}=(\lambda-1)\overrightarrow{OA}(\lambda\in R)\),且\(\overrightarrow{OA}\cdot \overrightarrow{OP}=12\),求线段\(OP\)\(x\)轴上的投影长度的最大值。

解析:由\(\overrightarrow{AP}=(\lambda-1)\overrightarrow{OA}\),即\(\overrightarrow{OP}-\overrightarrow{OA}=(\lambda-1)\overrightarrow{OA}\)

则有\(\overrightarrow{OP}=\lambda\overrightarrow{OA}\),故\(O、P、A\)三点共线,由\(\overrightarrow{OA}\cdot \overrightarrow{OP}=12\),得到\(|\overrightarrow{OA}|\cdot |\overrightarrow{OP}|=12\)

设OP与\(x\)轴的夹角为\(\theta\),点\(A(x,y)\)\(B\)为点\(A\)\(x\)轴上的投影,由图可知,线段\(OP\)\(x\)轴上的投影长度为\(||\overrightarrow{OP}|\cdot cos\theta|\)

\(||\overrightarrow{OP}|\cdot cos\theta|=|\overrightarrow{OP}|\times \cfrac{|\overrightarrow{OB}|}{|\overrightarrow{OA}|}\)\(=\cfrac{12}{|\overrightarrow{OA}|}\times \cfrac{|\overrightarrow{OB}|}{|\overrightarrow{OA}|}\)

\(=12\cdot \cfrac{|\overrightarrow{OB}|}{|\overrightarrow{OA}|^2}\),又由于\(|\overrightarrow{OB}|=|x|\)\(|\overrightarrow{OA}|=\sqrt{x^2+y^2}\)

\(=12\times \cfrac{|x|}{x^2+y^2}\), 接下来施行变量集中,由于\(\cfrac{x^2}{16}+\cfrac{y^2}{8}=1\),得到\(y^2=8-\cfrac{x^2}{2}\),代入

\(=12\times \cfrac{|x|}{\cfrac{x^2}{2}+8}\),分子分母同除以\(|x|\)得到,

\(=12\times \cfrac{1}{\frac{|x|}{2}+\frac{8}{|x|}}\leq 12\times \cfrac{1}{4}=3\)

当且仅当\(|x|=4\)时等号成立,故线段\(OP\)\(x\)轴上的投影长度的最大值为\(3\)

【向量的模的运算】已知\(|\vec{a}|=1,|\vec{b}|=2,<\vec{a},\vec{b}>=60^{\circ}\),求\(|\vec{a}+2\vec{b}|\)

法1:基向量法,

\(|\vec{a}+2\vec{b}|^2=\vec{a}^2+4\vec{b}^2+2\times 2\times \vec{a}\cdot \vec{b}\)

\(=|\vec{a}|^2+4|\vec{b}|^2+4|\vec{a}|\cdot |\vec{b}|\cdot cos60^{\circ}\)

\(=1+16+4\times 1\times 2\times cos60^{\circ}=21\)

\(|\vec{a}+2\vec{b}|=\sqrt{21}\)

法2:建立坐标系,利用向量坐标法构造向量三角形法,

建立如图所示的坐标系,则可知\(\vec{a}=(1,0)\)\(\vec{b}=(1,\sqrt{3})\)

\(\vec{a}+2\vec{b}=(1,0)+2(1,\sqrt{3})=(3,2\sqrt{3})\)

\(|\vec{a}+2\vec{b}|=\sqrt{3^2+(2\sqrt{3})^2}=\sqrt{21}\)

法3:构造向量三角形法,利用余弦定理求解。

由图可知,\(\overrightarrow{OA}=\vec{a}\)\(\overrightarrow{OD}=2\vec{b}\),做向量三角形\(\triangle OAB\)

则在\(\triangle OAB\)中,\(|OA|=|\vec{a}|=1\)\(|AB|=|2\vec{b}|=4\)\(|OB|=|\vec{a}+2\vec{b}|\)\(\angle OAB=120^{\circ}\)

由余弦定理可知,\(|OB|^2=1^2+4^2-2\times 1\times 4\times cos120^{\circ}=21\)

\(|\vec{a}+2\vec{b}|=|OB|=\sqrt{21}\)

【向量共面基本定理+同一法】在\(\triangle ABC\)中,点\(G\)满足\(\overrightarrow{GA}+\overrightarrow{GB}+\overrightarrow{GC}=\vec{0}\),若存在点\(O\),使得\(\overrightarrow{OG}=\cfrac{1}{6}\overrightarrow{BC}\),且\(\overrightarrow{OA}=m\overrightarrow{OB}+n\overrightarrow{OC}\),则\(m-n\)=【】

$A.2$ $B.-2$ $C.1$ $D.-1$

分析:由题目\(\overrightarrow{GA}+\overrightarrow{GB}+\overrightarrow{GC}=\vec{0}\)可知,

\((\overrightarrow{OA}-\overrightarrow{OG})+(\overrightarrow{OB}-\overrightarrow{OG})+(\overrightarrow{OC}-\overrightarrow{OG})=\vec{0}\),整理得到

\(\overrightarrow{OG}=\cfrac{1}{3}(\overrightarrow{OA}+\overrightarrow{OB}+\overrightarrow{OC})\),又\(\overrightarrow{OG}=\cfrac{1}{6}\overrightarrow{BC}\)

\(\cfrac{1}{3}(\overrightarrow{OA}+\overrightarrow{OB}+\overrightarrow{OC})=\cfrac{1}{6}\overrightarrow{BC}=\cfrac{1}{6}(\overrightarrow{OC}-\overrightarrow{OB})\)

整理得到,\(\overrightarrow{OA}=-\cfrac{3}{2}\overrightarrow{OB}-\cfrac{1}{2}\overrightarrow{OC}\),结合已知\(\overrightarrow{OA}=m\overrightarrow{OB}+n\overrightarrow{OC}\)

则可知\(m=-\cfrac{3}{2}\)\(n=-\cfrac{1}{2}\),则\(m-n=-1\),故选\(D\)

【2017年理科数学全国卷Ⅲ卷第12题】在矩形\(ABCD\)中,\(AB=1\)\(AD=2\),动点\(P\)在以\(C\)为圆心且与\(BD\)相切的圆上,若\(\overrightarrow{AP}=\lambda \overrightarrow{AB}+\mu \overrightarrow{AD}\),则\(\lambda+\mu\)的最大值为【】

$A.3$ $B.2\sqrt{2}$ $C.\sqrt{5}$ $D.2$

分析:以点\(A\)为坐标原点,分别以\(AD\)\(AB\)所在的直线为\(x\)轴和\(y\)轴建立如图所示的平面直角坐标系,则\(A(0,0)\)\(B(0,1)\)\(C(2,1)\)\(D(2,0)\)

又由于\(AB=1\)\(AD=2\),动点\(P\)在以\(C\)为圆心且与\(BD\)相切的圆上,则\(BD=\sqrt{5}\),由等面积法可知圆的半径为\(r=\cfrac{2}{\sqrt{5}}\)

这样圆上的动点的坐标可设为\(P(2+\cfrac{2}{\sqrt{5}}cos\theta,1+\cfrac{1}{\sqrt{5}}cos\theta)\)

由于\(\overrightarrow{AP}=\lambda \overrightarrow{AB}+\mu \overrightarrow{AD}=\lambda(0,1)+\mu(2,0)=(2\mu,\lambda)\)

又由于\(\overrightarrow{AP}=(2+\cfrac{2}{\sqrt{5}}cos\theta,1+\cfrac{2}{\sqrt{5}}sin\theta)\),则有

\(2\mu=2+\cfrac{2}{\sqrt{5}}cos\theta\)\(\lambda=1+\cfrac{2}{\sqrt{5}}sin\theta\)

化简为\(\mu=1+\cfrac{1}{\sqrt{5}}cos\theta\)\(\lambda=1+\cfrac{2}{\sqrt{5}}sin\theta\)

\(\lambda+\mu=1+\cfrac{1}{\sqrt{5}}cos\theta+1+\cfrac{2}{\sqrt{5}}sin\theta=2+\cfrac{1}{\sqrt{5}}cos\theta+\cfrac{2}{\sqrt{5}}sin\theta=2+sin(\theta+\phi)\)

由于\(-1\leq sin(\theta+\phi)\leq 1\),故\(2-1\leq 2+sin(\theta+\phi)\leq 2+1\),即\(\lambda+\mu\in [1,3]\)

故所求的最大值为3,故选\(A\)

解后反思:培养主动使用向量这一数学工具的数学应用意识很关键。

已知点\(O\)\(\triangle ABC\)的外接圆的圆心,\(AC=3\)\(AB=2\)\(BC=\sqrt{7}\),求\(\overrightarrow{AO}\cdot \overrightarrow{BC}\)的值;

分析:本题目可以考虑的角度比较多,比如利用向量的内积的定义,向量的内积的坐标运算,这些思路都不能走下去,所以需要重新思考新的思路,比如利用向量的内积的几何意义;

由于点\(O\)是外心,过点\(O\)\(OF\perp AC\)于点\(F\),过点\(O\)\(OE\perp AB\)于点\(E\),则\(|AF|=\cfrac{3}{2}\)\(|AE|=1\)

\(\overrightarrow{AO}\cdot \overrightarrow{BC}=\overrightarrow{AO}\cdot (\overrightarrow{AC}-\overrightarrow{AB})=\overrightarrow{AO}\cdot \overrightarrow{AC}-\overrightarrow{AO}\cdot \overrightarrow{AB}\)

\(=|\overrightarrow{AO}||\overrightarrow{AC}|cos\angle CAO-|\overrightarrow{AO}||\overrightarrow{AB}|cos\angle BAO=|\overrightarrow{AC}||\overrightarrow{AF}|-|\overrightarrow{AB}||\overrightarrow{AE}|\)

\(=3\times \cfrac{3}{2}-2\times 1=\cfrac{5}{2}\)

【2019届高三理科数学三轮模拟试题】已知\(\triangle ABC\)的内角\(A\)\(B\)\(C\)所对的边分别是\(a\)\(b\)\(c\),且满足\((b+2c)cosA=-acosB\),设\(D\)\(BC\)的中点,\(b=4\)\(AD=\sqrt{7}\),则\(c\)= 【】

【法1】:如图所示,由\((b+2c)cosA=-acosB\),边化角,得到\(A=120^{\circ}\),设\(BD=CD=y\)\(AB=x\)\(\angle ADB=\alpha\)\(\angle ADC=\beta\)

\(\triangle ABC\)中,\(AB=x\)\(AC=4\)\(BC=2y\)\(A=120^{\circ}\)

则由余弦定理得到\((2y)^2=x^2+16-2\cdot 4x\cdot cos120^{\circ}\)①,

又在\(\triangle ADB\)\(\triangle ADC\)中,由\(cos\alpha+cos\beta=0\),得到\(\cfrac{7+y^2-x^2}{2\sqrt{7}y}+\cfrac{7+y^2-16}{2\sqrt{7}y}=0\)②,

联立①②,得到\(x=6\)\(x=-2\)(舍去),故选\(A\)

【法2】:由\((b+2c)cosA=-acosB\),边化角,得到\(A=120^{\circ}\),由于点\(D\)\(BC\)的中点,利用向量方法,

\(\overrightarrow{AB}+\overrightarrow{AC}=2\overrightarrow{AD}\),两边平方,得到

\(|\overrightarrow{AB}|^2+|\overrightarrow{AC}|^2+2|\overrightarrow{AB}|\cdot |\overrightarrow{AC}|cos120^{\circ}=4|\overrightarrow{AD}|^2\),即\(x^2+16+2\cdot x\cdot 4\cdot (-\cfrac{1}{2})=28\)

化简为\(x^2-4x-12=0\),解得\(x=6\)\(x=-2\)(舍去),故选\(A\)

解后反思:法1为通法,法2特殊解法,比如点\(D\)变化为四分之三等分点,法2就失效了;同时注意,出现\(\overrightarrow{AB}+\overrightarrow{AC}=2\overrightarrow{AD}\)或者\(\overrightarrow{AD}=\cfrac{1}{2}(\overrightarrow{AB}+\overrightarrow{AC})\),意味着点\(D\)\(BC\)的中点。

【2019届高三理科数学三轮模拟试题】已知平面向量\(\vec{a}\)\(\vec{b}\)满足\((\vec{a}-2\vec{b})\perp (3\vec{a}+\vec{b})\),且\(|\vec{a}|=\cfrac{1}{2}|\vec{b}|\),则向量\(\vec{a}\)\(\vec{b}\)的夹角的正弦值为【】

$A.\cfrac{1}{2}$ $B.-\cfrac{1}{2}$ $C.\cfrac{\sqrt{3}}{2}$ $D.-\cfrac{\sqrt{3}}{2}$

分析:由题可知,\((\vec{a}-2\vec{b})\cdot (3\vec{a}+\vec{b})=0\),化简得到,\(3\vec{a}^2-5\vec{a}\cdot \vec{b}-2\vec{b}^2=0\)①,

\(|\vec{a}|=\cfrac{1}{2}|\vec{b}|\),可设\(|\vec{a}|=t(t>0)\),则\(|\vec{b}|=2t\),代入①式,

得到\(-10t^2cos\theta+5t^2=0\),得到\(cos\theta=\cfrac{1}{2}\),则\(sin\theta=\cfrac{\sqrt{3}}{2}\),故选\(C\).

【2019届高三理科数学三轮模拟试题】如图,已知两点\(A\)\(B\)在单位圆上,\(\angle yOB=60^{\circ}\)\(\angle xOA=30^{\circ}\),则\(|2\overrightarrow{OA}+3\overrightarrow{OB}|\)=___________。

法1:向量法,由题目可知,\(\angle AOB=120^{\circ}\)\(|\overrightarrow{OA}|=|\overrightarrow{OB}|=1\)

\(|2\overrightarrow{OA}+3\overrightarrow{OB}|=\sqrt{|2\overrightarrow{OA}+3\overrightarrow{OB}|^2}\)

\(=\sqrt{4|\overrightarrow{OA}|^2+9|\overrightarrow{OB}|^2+2\times 2\times 3\times \overrightarrow{OA}\cdot \overrightarrow{OB}}\)

\(=\sqrt{4+9+2\times 2\times 3\times 1\times 1\times (-\cfrac{1}{2})}=7\),故\(|2\overrightarrow{OA}+3\overrightarrow{OB}|=\sqrt{7}\)

法2:坐标法,已知\(A(\cfrac{\sqrt{3}}{2},\cfrac{1}{2})\)\(B(-\cfrac{\sqrt{3}}{2},\cfrac{1}{2})\),则\(\overrightarrow{OA}=(\cfrac{\sqrt{3}}{2},\cfrac{1}{2})\)

\(\overrightarrow{OB}=(-\cfrac{\sqrt{3}}{2},\cfrac{1}{2})\),则\(2\overrightarrow{OA}+3\overrightarrow{OB}=(-\cfrac{\sqrt{3}}{2},\cfrac{5}{2})\)

\(|2\overrightarrow{OA}+3\overrightarrow{OB}|=\sqrt{(-\cfrac{\sqrt{3}}{2})^2+(\cfrac{5}{2})^2}=\sqrt{7}\)

法3:解三角形法,由向量的平行四边形法则可知,所求的模长即\(\triangle OCD\)中的边长\(|OC|\),由已知\(|OD|=3|OB|=3\)\(|CD|=2|OA|=2\)\(\angle ODC=60^{\circ}\)

由余弦定理可知\(|2\overrightarrow{OA}+3\overrightarrow{OB}|^2=|OC|^2=2^2+3^2-2\times2\times 3\times cos60^{\circ}=7\)

\(|2\overrightarrow{OA}+3\overrightarrow{OB}|=\sqrt{7}\)

【2019届高三理科数学三轮模拟试题】已知在平面四边形\(MNPQ\)中,\(\overrightarrow{MP}=(2,4)\)\(\overrightarrow{NQ}=(-4,4)\),则\(\overrightarrow{MN}\cdot \overrightarrow{PQ}\)的最小值为_________.

分析:特殊化策略,由于平面向量是自由向量,故我们可以将点\(M\)平移到坐标原点,将点\(N\)放置到\(x\)轴上,

故点\(M(0,0)\)\(N(x,0)\),则点\(P(2,4)\),可以计算得到点\(Q(x-4,0)\)

\(\overrightarrow{MN}=(x,0)\)\(\overrightarrow{PQ}=(x-6,-4)\)

\(\overrightarrow{MN}\cdot \overrightarrow{PQ}=(x,0)\cdot(x-6,-4)=x(x-6)=(x-3)^2-9\)

故当\(x=3\)时,其有最小值为\(-9\)

【向量的投影的几何意义】【2018西安八校联考第5题】已知\(O\)是坐标原点,点\(A(2,1)\),点\(M(x,y)\)是平面区域\(\begin{cases}&y\leq x\\&x+y\leq 1\\&y\ge -1\end{cases}\)内的一个动点,则\(\overrightarrow{OA}\cdot \overrightarrow{OM}\)的最大值是多少?

法1:利用向量的坐标运算得到,\(\overrightarrow{OA}\cdot \overrightarrow{OM}=2x+y\),故转化为求\(2x+y\)的最大值,即求\(z=2x+y\)的最大值,用线性规划的常规方法解决即可。

法2:利用向量的投影的几何意义求解,说明:点\(M\)是三角形区域内部及边界上的一个动点,动画只做了点\(M\)在边界上的情形;

注:图中有向线段\(OB\)是向量\(\overrightarrow{OM}\)在向量\(\overrightarrow{OA}\)方向上的投影,它是可正,可负,可零的;

\(\overrightarrow{OA}\cdot \overrightarrow{OM}=|\overrightarrow{OA}|\cdot |\overrightarrow{OM}|\cdot cos\theta\),其中\(|\overrightarrow{OA}|\)是个定值,

故只需要求\(|\overrightarrow{OM}|\cdot cos\theta\)的最大值,而\(|\overrightarrow{OM}|\cdot cos\theta\)的几何意义是\(\overrightarrow{OM}\)\(\overrightarrow{OA}\)方向上的投影,

由图形可知,当点\(M(x,y)\)位于点\((2,-1)\)时投影\(|\overrightarrow{OM}|\cdot cos\theta\)最大,故将点\((2,-1)\)代入\(\overrightarrow{OA}\cdot \overrightarrow{OM}=3\)

变式题:求\(\overrightarrow{OA}\cdot \overrightarrow{OM}\)的最小值是多少?

分析:由上图可以看出,当两个向量的夹角为钝角时,其投影是负值,故当点\(M\)位于点\(C\)时,其内积最小,

此时将点\((-1,-1)\)代入得到\(\overrightarrow{OA}\cdot \overrightarrow{OM}=-3\)

【2019届高三理科数学三轮模拟试题】已知\(A\)\(B\)是函数\(f(x)=\left\{\begin{array}{l}{e^{x-2a},x\geqslant a}\\{e^{-x},x<a}\end{array}\right.(a>0)\)图像上的两个动点,点\(P(a,0)\),若\(\overrightarrow{PA}\cdot \overrightarrow{PB}\)的最小值为0,则函数\(f(x)\)的最小值为【】

$A.-\cfrac{1}{e^2}$ $B.-\cfrac{1}{e}$ $C.\cfrac{1}{e^2}$ $D.\cfrac{1}{e}$

分析:先做出分段函数\(f(x)\)的大致草图如下,

由于分段函数的图像关于\(x=a\)对称,点\(P(a,0)\)在对称轴上,故由\(\overrightarrow{PA}\cdot \overrightarrow{PB}\)的最小值为\(0\)

结合图像可知两个向量的夹角为锐角或直角,不可能为钝角,否则最小值为负值,

又由于图像是对称的,从点\(P\)出发的两条射线都和曲线相切时向量的夹角才会最大,

故说明向量的夹角为\(90^{\circ}\),且可知两条切线的斜率为\(k=\pm 1\),且可知\(\angle APO=45^{\circ}\)

那么怎么说明两个切点就是图中的\(A\)\(B\)两个点呢?

设切点\(A(x_0,y_0)\),则\(-e^{-x_0}=-1\),则\(x_0=0\)\(y_0=1\),故点\(A(0,1)\),从而可知\(a=1\)

由对称性也可知,\(B(2,1)\),到此完全说明\(A(0,1)\)\(B(2,1)\)为两个切点。

\(f(x)_{min}=f(a)=f(1)=\cfrac{1}{e}\),故选\(D\)

【2019届高三理科数学三轮模拟试题】过圆\(O:x^2+y^2=4\)外的一点\(P\)做圆\(O\)的两条切线,切点分别为\(A\)\(B\),若\(|AB|=2\sqrt{3}\),则\(\overrightarrow{PA}\cdot \overrightarrow{PB}\)=【】

$A.4$ $B.6$ $C.4\sqrt{3}$ $D.6\sqrt{3}$

分析:如图所示,\(|OB|=2\)\(|BD|=\cfrac{1}{2}|AB|=\sqrt{3}\),故\(\angle BOD=60^{\circ}\)

\(\angle PBO=30^{\circ}\),则两向量\(\overrightarrow{PA}\)\(\overrightarrow{PB}\)的夹角为\(\angle APB=60^{\circ}\)

又由于\(Rt\triangle BOP\),则\(|\overrightarrow{PB}|=2\sqrt{3}\),则有\(\overrightarrow{PA}\cdot \overrightarrow{PB}=2\sqrt{3}\times2\sqrt{3}\times cos60^{\circ}=6\),故选\(B\).

【2019届高三理科数学三轮模拟试题】在平面直角坐标系\(xOy\)中,已知点\(A(1,0)\),点\(B(0,1)\)\(\angle AOC=30^{\circ}\),设\(\overrightarrow{OC}=m\overrightarrow{OA}+n\overrightarrow{OB}\),且点\(C\)在第一象限,则\(\cfrac{m}{n}\)=_________。

分析:\(\cfrac{m}{n}=\sqrt{3}\)

【2014.浙江卷】设\(\theta\)是两个非零向量\(\vec{a},\vec{b}\)的夹角,已知对任意实数\(t\)\(|\vec{b}+t\vec{a}|\)的最小值是\(1\),【】

$A.若\theta确定,则|\vec{a}|唯一确定$
$B.若\theta确定,则|\vec{b}|唯一确定$
$C.若|\vec{a}|确定,则\theta唯一确定$
$D.若|\vec{b}|确定,则\theta唯一确定$

分析:利用\(\Delta=0\),而不是\(\Delta \leq 0\).
求解:
【法1】\(|\vec{b}+t\vec{a}|≥1\),则有\(\vec{b}^2+t^2\vec{a}^2+2\vec{a}\vec{b}t≥1\),即有\(t^2a^2+2|\vec{a}||\vec{b}|\cos\theta\cdot t+b^2-1≥0\)

要保证对任意实数\(t\)\(|\vec{b}+t\vec{a}|\)的最小值取到\(1\),则必须\(\Delta =0\),而不是\(\Delta\leq 0\)

故解得\(\Delta=4a^2b^2\cos^2\theta-4a^2(b^2 -1)=0\),则有\(b^2-1=cos^2\theta\),故选B.

【法2】令\(f(t)=|\vec{b}+t\vec{a}|^2=b^2+t^2a^2+2abt\),利用二次函数的最小值是1求解,倒是不容易出错。

感悟:同类题,已知开口向上的二次函数的值域是\([0,+∞)\),则利用\(\Delta=0\),而不是\(\Delta \leq 0\).

如图,等边\(\triangle ABC\)的边长为\(2\),顶点\(B\)\(C\)分别在\(x\)轴的非负半轴,\(y\)轴的非负半轴上滑动,\(M\)\(AB\)中点,则\(\overrightarrow{OA}\cdot \overrightarrow{OM}\)的最大值为【】

$A.\sqrt{7}$ $B.\cfrac{5}{2}+\sqrt{7}$ $C.\cfrac{7}{2}$ $D.3+\cfrac{3\sqrt{3}}{2}$

法1:如图所示,设\(\angle OBC=\theta\),则\(\theta\in [0,\cfrac{\pi}{2}]\),则点\(B(2cos\theta,0)\)\(C(0,2sin\theta)\)

则点\(A(2cos(\cfrac{\pi}{3}-\theta),2sin(\cfrac{\pi}{3}-\theta)+2sin\theta)\),点\(M(cos\theta+cos(\cfrac{\pi}{3}-\theta),sin(\cfrac{\pi}{3}-\theta)+sin\theta)\)

\(\overrightarrow{OA}\cdot \overrightarrow{OM}=(2cos(\cfrac{\pi}{3}-\theta),2sin(\cfrac{\pi}{3}-\theta)+2sin\theta)\cdot (cos\theta+cos(\cfrac{\pi}{3}-\theta),sin(\cfrac{\pi}{3}-\theta)+sin\theta)\)

\(=2cos(\cfrac{\pi}{3}-\theta)\cdot [cos\theta+cos(\cfrac{\pi}{3}-\theta)]+[2sin(\cfrac{\pi}{3}-\theta)+2sin\theta]\cdot [sin(\cfrac{\pi}{3}-\theta)+sin\theta]\)

\(=2cos(\cfrac{\pi}{3}-\theta)\cdot cos\theta+2cos^2(\cfrac{\pi}{3}-\theta)+2sin^2(\cfrac{\pi}{3}-\theta)+4sin(\cfrac{\pi}{3}-\theta)\cdot sin\theta+2sin^2\theta\)

\(=2(\cfrac{1}{2}cos\theta+\cfrac{\sqrt{3}}{2}sin\theta)cos\theta+2+4(\cfrac{\sqrt{3}}{2}cos\theta-\cfrac{1}{2}sin\theta)\cdot sin\theta+2sin^2\theta\)

\(=cos^2\theta+\sqrt{3}sin\theta cos\theta+2+2\sqrt{3}sin\theta cos\theta-2sin^2\theta+2sin^2\theta\)

\(=3\sqrt{3}sin\theta cos\theta+cos^2\theta+2\)

\(=\cfrac{3\sqrt{3}}{2}sin2\theta+\cfrac{1}{2}cos2\theta+\cfrac{5}{2}\)

\(=\sqrt{7}sin(2\theta+\phi)+\cfrac{5}{2}\)

\(sin(2\theta+\phi)=1\)时, \(\overrightarrow{OA}\cdot \overrightarrow{OM}\)最大值为\(\cfrac{5}{2}+\sqrt{7}\),故选\(B\).

法2:题源,另一种解法

【2019届高三理科数学三轮模拟试题】在\(\triangle ABC\)中,内角\(A,B,C\)所对的边分别为\(a,b,c\)\(AD\)\(\angle BAC\)的平分线,且满足\(4\overrightarrow{AD}=\overrightarrow{AC}+3\overrightarrow{AB}\)\(|\overrightarrow{AD}|=\sqrt{3}\),若\(4c+a=8\),求\(a\)\(b\)\(c\)的值;

分析:由\(4\overrightarrow{AD}=\overrightarrow{AC}+3\overrightarrow{AB}\),可得\(3\overrightarrow{AD}-3\overrightarrow{AB}=\overrightarrow{AC}-\overrightarrow{AD}\)

\(3\overrightarrow{BD}=\overrightarrow{DC}\),即\(|CD|=3|BD|\),又\(4c+a=8\)

\(a=8-4c=|BC|\)\(|BD|=\cfrac{1}{4}|BC|=2-c\)\(|CD|=6-2c\)

又由于\(AD\)\(\angle BAC\)的平分线,由角平分线定理可知,

\(\cfrac{BD}{CD}=\cfrac{AB}{AC}=\cfrac{1}{3}\),故\(|AC|=3c\)

\(\triangle ABD\)\(\triangle ACD\)中,分别对\(\angle BAD\)\(\angle DAC\)用余弦定理可得,

\(\cfrac{3+c^2-(2-c)^2}{2\times \sqrt{3}c}=\cfrac{3+(3c)^2-(6-3c)^2}{2\times \sqrt{3}\times 3c}\)

解得\(c=\cfrac{5}{4}\)\(b=\cfrac{15}{4}\)\(a=3\)

解后反思:本题目需要特别注意向量系数的拆分技巧;

设点\(A\)\(B\)\(C\)不共线,则“\(\overrightarrow{AB}\)\(\overrightarrow{AC}\)的夹角\(\theta\)为锐角”是“|\(\overrightarrow{AB}\)+\(\overrightarrow{AC}\)|>|\(\overrightarrow{BC}\)|”的【】条件

$A.充分不必要$ $B.必要不充分$ $C.充要$ $D.既不充分也不必要$

法1: 从数的角度求解,由于点\(A\)\(B\)\(C\)不共线,则三点可以构成一个三角形\(\triangle ABC\)

由向量加法可知,\(\overrightarrow{BC}=\overrightarrow{AC}-\overrightarrow{AB}\),则|\(\overrightarrow{AB}\)+\(\overrightarrow{AC}\)|>|\(\overrightarrow{BC}\)|

等价于|\(\overrightarrow{AB}\)+\(\overrightarrow{AC}\)|>|\(\overrightarrow{AC}\)-\(\overrightarrow{AB}\)|,两边平方,变形得到,

\(4|\overrightarrow{AB}|\cdot |\overrightarrow{AC}|\cdot \cos\theta>0\),故\(\cos\theta>0\),即\(\theta\)为锐角;

反之,当两个向量的夹角为锐角时,上述过程逆推成立,故选\(C\);

法2:从形的角度求解;做一个向量三角形,让\(\theta\)变化,从动态图中就可以看出来;选\(C\);

\(\vec{a},\vec{b}\)为单位向量,若向量\(\vec{c}\)满足\(|\vec{c}-(\vec{a}+\vec{b})|=|\vec{a}-\vec{b}|\),则向量\(|\vec{c}|\)的最大值为多少?

法1:最容易想到两边平方,整理得到\(\vec{c}^2-2(\vec{a}+\vec{b})\cdot \vec{c}+4\vec{a}\vec{b}=0\)

分解为\((\vec{c}-2\vec{a})(\vec{c}-2\vec{b})=0\),到此思路受阻。

法2:本题目用到绝对值不等式和均值不等式,

由题目得到\(|\vec{c}-(\vec{a}+\vec{b})|=|\vec{a}-\vec{b}|\ge |\vec{c}|-|\vec{a}+\vec{b}|\)

\(|\vec{c}|\leq |\vec{a}+\vec{b}|+|\vec{a}-\vec{b}|\)

接下来需要求\(|\vec{a}+\vec{b}|+|\vec{a}-\vec{b}|\)的最大值。

\(|\vec{a}+\vec{b}|+|\vec{a}-\vec{b}|\leq \sqrt{2(|\vec{a}+\vec{b}|)^2+2(|\vec{a}-\vec{b}|)^2}\)

\(=\sqrt{2(2\vec{a}^2+2\vec{b}^2)}=2\sqrt{2}\),当且仅当\(|\vec{a}+\vec{b}|=|\vec{a}-\vec{b}|\)

\(\vec{a}\perp\vec{b}\)时取到等号,故\(|\vec{c}|\leq 2\sqrt{2}\)

\(\vec{a},\vec{b}\)为单位向量,且\(\vec{a}\perp \vec{b}\),若向量\(\vec{c}\)满足\(|\vec{c}-(\vec{a}+\vec{b})|=|\vec{a}-\vec{b}|\),则向量\(|\vec{c}|\)的最大值为多少?

法1:采用上题的法2.

法2:由于\(\vec{a},\vec{b}\)为单位向量,且\(\vec{a}\perp \vec{b}\)

故设\(\vec{a}=(1,0),\vec{b}=(0,1),\vec{c}=(x,y)\)

\(|\vec{c}-(\vec{a}+\vec{b})|=|\vec{a}-\vec{b}|\)得到,

\(|(x,y)-(1,1)|=|(1,-1)|\),即\(\sqrt{(x-1)^2+(y-1)^2}=\sqrt{1+1}=\sqrt{2}\)

\((x-1)^2+(y-1)^2=2\)

\(\vec{c}\)的终点坐标对应的轨迹为圆心为\((1,1)\),半径为\(\sqrt{2}\)的圆,

又由于圆过圆心,则\(|\vec{c}|\)的最大值为圆的直径\(2\sqrt{2}\)

已知\(\vec{a}\)\(\vec{b}\)是单位向量,\(\vec{a}\cdot \vec{b}=0\),若向量\(\vec{c}\)满足\(|\vec{c}-\vec{a}-\vec{b}|=1\),则\(|\vec{c}|\)的最大值为()

A.\(\sqrt{2}-1\) \(\hspace{1cm}\) B.\(\sqrt{2}\) \(\hspace{1cm}\) C.\(\sqrt{2}+1\) \(\hspace{1cm}\) D.\(\sqrt{2}+2\)

法1:从形入手,条件\(|\vec{c}-(\vec{a}+\vec{b})|=1\)可以理解为如图的情况,

\(|\vec{a}+\vec{b}|=\sqrt{2}\),向量\(\vec{c}\)的终点在单位圆上,

故向量\(|\vec{c}|\)的最大值为\(\sqrt{2}+1\),故选C。

法2:从数的角度,由题意得到\(|\vec{a}|=|\vec{b}|=1,\vec{a}\cdot\vec{b}=0\)

所以\(|\vec{a}+\vec{b}|=\sqrt{2}\),又因为\(|\vec{c}-\vec{a}-\vec{b}|=1\)

所以\(|\vec{c}-\vec{a}-\vec{b}|^2=\vec{c}^2-2\vec{c}\cdot(\vec{a}+\vec{b})+(\vec{a}+\vec{b})^2=1\)

\(\vec{c}\)\(\vec{a}+\vec{b}\)的夹角为\(\theta\)

\(|\vec{c}|^2-2|\vec{c}|\times\sqrt{2}cos\theta+2=1\)

\(|\vec{c}|^2+1=2\sqrt{2}|\vec{c}|cos\theta\leq 2\sqrt{2}|\vec{c}|\)

\(|\vec{c}|^2-2\sqrt{2}|\vec{c}|+1\leq 0\)

解得\(\sqrt{2}-1\leq |\vec{c}|\leq \sqrt{2}+1\)

法3:数形结合,由于\(\vec{a},\vec{b}\)为单位向量,且\(\vec{a}\perp \vec{b}\)

故设\(\vec{a}=(1,0),\vec{b}=(0,1),\vec{c}=(x,y)\)

\(\vec{c}-\vec{a}-\vec{b}=(x-1,y-1)\),由\(|\vec{c}-(\vec{a}+\vec{b})|=1\)可得,

\(\sqrt{(x-1)^2+(y-1)^2}=1\),即\((x-1)^2+(y-1)^2=1\)

即向量\(\vec{c}\)的终点坐标在圆心位于点\((1,1)\)半径为\(1\)的圆上,

\(|\vec{c}|\)的最大值是\(\sqrt{2}+1\)

当然也可以知道\(|\vec{c}|\)的最小值是\(\sqrt{2}-1\)

针对性训练

【2020人大附中高一试题向量部分第15题】已知向量\(\vec{a}\)\(\vec{b}\)的夹角为\(\cfrac{\pi}{4}\)\(|\vec{b}|=\cfrac{\sqrt{2}}{2}\),且对于任意的\(x\in R\),都有\(|\vec{b}+x\vec{a}|\geqslant |\vec{b}-\vec{a}|\),则\(|\vec{a}|\)=_____________。

分析:由于对于任意的\(x\in R\),都有\(|\vec{b}+x\vec{a}|\geqslant |\vec{b}-\vec{a}|\)

\(|\vec{b}+x\vec{a}|^2\geqslant |\vec{b}-\vec{a}|^2\)对于任意的\(x\in R\)都成立,

\((\vec{b}+x\vec{a})^2\geqslant (\vec{b}-\vec{a})^2\)对于任意的\(x\in R\)都成立,

\(\vec{b}^2+2x\vec{a}\cdot\vec{b}+x^2\cdot \vec{a}^2\geqslant \vec{b}^2+\vec{a}^2-2\vec{a}\cdot\vec{b}\)

\(\vec{a}^2\cdot x^2+2\cdot |\vec{a}|\cdot \cfrac{\sqrt{2}}{2}\cdot \cfrac{\sqrt{2}}{2}x+2\cdot |\vec{a}|\cdot \cfrac{\sqrt{2}}{2}\cdot \cfrac{\sqrt{2}}{2}-\vec{a}^2\geqslant0\)

由于\(\vec{a}\neq \vec{0}\),故上式是关于\(x\)的二次不等式,注意:\(\vec{a}^2=|\vec{a}|^2\)

\(|\vec{a}|^2\cdot x^2+|\vec{a}|\cdot x+|\vec{a}|-|\vec{a}|^2\geqslant 0\)对于任意的\(x\in R\)都成立,

\(\Delta \leqslant 0\)恒成立,即\(\Delta=|\vec{a}|^2-4|\vec{a}|^2(|\vec{a}|-|\vec{a}|^2)\leqslant 0\)

\(1-4(|\vec{a}|-|\vec{a}|^2)\leqslant 0\),即\((2|\vec{a}|-1)^2\leqslant 0\)

又由于\((2|\vec{a}|-1)^2\geqslant 0\),故只能\((2|\vec{a}|-1)^2=0\)

\(|\vec{a}|=\cfrac{1}{2}\)

posted @ 2019-02-10 13:45  静雅斋数学  阅读(1903)  评论(0编辑  收藏  举报
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