专题地图 › 向量的数量积与几何意义
2021 年广西预赛
F3填空题向量的数量积与几何意义
已知 m 为非零向量,n 为单位向量,m=n, m 与 m−n 的夹角为 60∘,∣m∣∈(0,a], 则 a 的最小值为。
作答
分数写 a/b,根号写 √ 或 sqrt,π 写 pi 也可以。
解析
思路
把 m=n+(m−n) 看成三角形的向量分解,用余弦关系判断 ∣m∣ 的全部可能范围。
解答
令 r=∣m∣>0,s=∣m−n∣>0。由 ∣n∣=1 及夹角为 60∘,
1=r2+s2−2rscos60∘=r2+s2−rs.
把它看成关于 s 的二次方程,其有实根的必要条件为
r2−4(r2−1)=4−3r2≥0,
即 r≤2/3。反之,对每个 0<r≤2/3,该方程至少有一个正根 s,从而可构造满足条件的两个向量;端点 r=2/3 也能取到。 故最小的统一上界为
a=323.
复核
s>0 保证 m=n;判别式为零的端点仍对应正根 s=r/2。
方法总结
向量差的夹角与模长问题可转成三边余弦式;可行范围由二次方程判别式给出。
为什么评为 F3(会透露解法方向)
把已知单位差向量改写成两边夹60度的长度关系,再用判别式求r上界并确认整个范围都有正s可构造。
用到的方法(会透露解法方向)
核心工具:用实参数表示后求全局最值、展开模平方与数量积
专题卡:数量积:选好出发点,展开后用已知的量、角度、斜率或位置变化:化成一个变量再比较