专题地图 › 向量的数量积与几何意义
2025 年中科大少年班入围考 · 第 14 题
F3填空题向量的数量积与几何意义
在三角形ABC中,AB=3,AC=5。其外心为O,并满足 AO=βAB+(21−5β)AC,其中β=0。则三角形ABC的面积为。
作答
分数写 a/b,根号写 √ 或 sqrt,π 写 pi 也可以。
解析
思路
外心到端点等距,使它在两条边方向上的点积已知;代入给出的线性表示后,非零系数会直接确定两边的数量积。
解答
记 u=AB,v=AC,w=AO。因 ∣w∣=∣w−v∣,有
w⋅v=2∣v∣2=225.
将 w=βu+(1/2−β/5)v 代入,得到
β(u⋅v)+(21−5β)25=225,β(u⋅v−5)=0.
由 β=0,故 u⋅v=5。于是
cosA=3⋅55=31,sinA=322.
三角形面积为
[ABC]=21⋅3⋅5⋅322=52.
复核
另一条外心等距关系给 w⋅u=9/2。在 u⋅v=5 下,它化成 8β+5/2=9/2,得 β=1/4=0,与题设相容。取 A=(0,0),B=(3,0),C=(5/3,102/3) 即得到合法三角形。
方法总结
外心到边端点等距可化成 AO⋅AB=AB2/2。与已给线性表示配合时,先只求面积所需的边点积,避免展开全部外心坐标。
为什么评为 F3(会透露解法方向)
须自行把外心等距转为AO与边向量的两个数量积关系,并选择与AC相乘消去常数项,利用beta非零锁定夹角;其后面积计算常规。
用到的方法(会透露解法方向)
核心工具: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、三角形的中心:把定义写成数量积方程