已知a→\overrightarrow {a},b→\overrightarrow {b},c→\overrightarrow {c}均为单位向量,且2a→=4b→+3c→2\overrightarrow {a}=4\overrightarrow {b}+3\overrightarrow {c},则a→\overrightarrow {a},c→\overrightarrow {c}之间夹角的余弦值为()(\quad)
A. −13-\dfrac{1}{3}
B. 13\dfrac{1}{3}
C. −14-\dfrac{1}{4}
D. 14\dfrac{1}{4}

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完整解法

1. 变形已知向量等式以孤立不需要求夹角的向量

已知 2a→=4b→+3c→2\overrightarrow{a} = 4\overrightarrow{b} + 3\overrightarrow{c},为了求 a→\overrightarrow{a} 与 c→\overrightarrow{c} 夹角的余弦值,需要消去向量 b→\overrightarrow{b}。
变形等式得:4b→=2a→−3c→4\overrightarrow{b} = 2\overrightarrow{a} - 3\overrightarrow{c}。

2. 对等式两边进行平方,转化为向量的数量积与模长关系

将等式 4b→=2a→−3c→4\overrightarrow{b} = 2\overrightarrow{a} - 3\overrightarrow{c} 两边平方得:
(4b→)2=(2a→−3c→)2(4\overrightarrow{b})^2 = (2\overrightarrow{a} - 3\overrightarrow{c})^2
即 16b→2=4a→2−12a→⋅c→+9c→216\overrightarrow{b}^2 = 4\overrightarrow{a}^2 - 12\overrightarrow{a}\cdot\overrightarrow{c} + 9\overrightarrow{c}^2。

3. 代入单位向量的模长,解出夹角的余弦值

设 a→\overrightarrow{a} 与 c→\overrightarrow{c} 的夹角为 θ\theta。
因为 a→\overrightarrow{a},b→\overrightarrow{b},c→\overrightarrow{c} 均为单位向量,所以 ∣a→∣=∣b→∣=∣c→∣=1|\overrightarrow{a}| = |\overrightarrow{b}| = |\overrightarrow{c}| = 1。
代入上式得:16×12=4×12−12cos⁡θ+9×1216 \times 1^2 = 4 \times 1^2 - 12 \cos\theta + 9 \times 1^2
16=13−12cos⁡θ16 = 13 - 12 \cos\theta
解得 cos⁡θ=−14\cos\theta = -\dfrac{1}{4}。
因此,a→\overrightarrow{a},c→\overrightarrow{c} 之间夹角的余弦值为 −14-\dfrac{1}{4}。
所以正确选项为 C。

答案

C

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