专题地图 › 向量的数量积与几何意义
一试训练题
F2解答题向量的数量积与几何意义
在矩形ABCD中,AB=2,AD=1,边DC上(包含点D,C)的动点P与CB延长线上(包含点B)的动点Q满足∣DP∣=∣BQ∣,求向量PA与向量PQ的数量积PA⋅PQ的最小值。
作答
这是解答题,请在纸上写出完整过程。写完后对照解答给自己评分。
解析
提示
先固定矩形的正交坐标,把两条等长条件用一个线段参数表示。
思路
延长线的方向决定动点的纵坐标符号,写出两向量后再展开数量积,最后在真正的闭参数区间上配方取最小值。
解答
取 A=(0,0),B=(2,0),C=(2,1),D=(0,1)。设 t=DP=BQ,因 P 在闭边DC上,有 0≤t≤2。CB从C经B向下延长,所以
P=(t,1),Q=(2,−t).
从同一起点P出发的向量为
PA=(−t,−1),PQ=(2−t,−t−1).
故数量积
PA⋅PQ=(−t)(2−t)+(−1)(−t−1)=t2−t+1=(t−21)2+43.
参数 t=1/2 在允许区间内,且此时两动点确满足长度条件,故
min(PA⋅PQ)=43.
复核
也可用极化恒等式:2PA⋅PQ=∣PA∣2+∣PQ∣2−∣AQ∣2。三平方分别为 t2+1、(2−t)2+(t+1)2、4+t2,整理出同一二次式。两个边界 t=0,2 的数量积为1、3,均比内部候选大,且 t=0 时Q=B被正确保留。
方法总结
向量数量积求最值时,先把所有位置约束落实为一个有界参数,并保证两向量采用同一起点。延长线的有向位置与长度相等不是同一信息;配方给界后,还要检查达到参数是否落在边上。
为什么评为 F2(会透露解法方向)
以共同长度参数表示动点,再配方并核区间内可达;使用常规数量积坐标法或投影法。
用到的方法(会透露解法方向)
核心工具:建直角坐标系解几何题、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