专题地图 › 向量的数量积与几何意义
2015 年安徽预赛 · 第 3 题
F2填空题向量的数量积与几何意义
设平面向量 α,β 满足
∣α∣, ∣β∣, ∣α+β∣∈[1,3],
则 α⋅β 的取值范围是.
作答
分数写 a/b,根号写 √ 或 sqrt,π 写 pi 也可以。
标准答案:[−217,49]
解析
思路
下界可直接用三模限制;上界要同时使用差向量非负,不能把三个模长当完全独立的数。
解答
记 r=∣α∣,s=∣β∣,t=∣α+β∣。由 r,s,t∈[1,3],
α⋅β=2t2−r2−s2≥21−9−9=−217.
另一方面,
α⋅β=4∣α+β∣2−∣α−β∣2≤4t2≤49.
还须确认中间值都可取。令
α=(2t,q2−4t2),β=(2t,−q2−4t2),
则两向量模长均为 q、和向量模长为 t,点积为 t2/2−q2。 先取 q=3,1≤t≤3,点积取遍 [−17/2,−9/2];再取 t=3,3/2≤q≤3,点积取遍 [−9/2,9/4]。这些参数的根式均有意义且满足原三模限制。 所以完整范围为
[−217,49].
复核
下界对应两向量长均为3、和向量长为1;上界对应两向量相同、长度均为 3/2。不能取 r=s=1,t=3 来猜上界,因为它违反 t≤r+s。两段显式构造保证值域没有中间缺口。
方法总结
多个模长范围之间还受向量几何约束。求值域要分别建立可达上下界,并给一条或几条连续可行构造覆盖整个候选区间。
为什么评为 F2(会透露解法方向)
三个模长还受向量相容约束,上界不能把它们任意取端点;需分别建立可达界,并用连续可行构造补齐中间值。
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、向量长度的最值:先给界,再写出等号何时成立