设两个向量a→\overrightarrow{a} ,b→\overrightarrow{b} ,满足∣a→∣=2|\overrightarrow{a} |=2,∣b→∣=1|\overrightarrow{b} |=1 . (1)若(a→+2b→)⋅(a→−b→)=1(\overrightarrow{a} +2\overrightarrow{b} )·(\overrightarrow{a} -\overrightarrow{b} )=1,求a→\overrightarrow{a} ,b→\overrightarrow{b} 的夹角. (2)若a→\overrightarrow{a} ,b→\overrightarrow{b} 夹角为60∘60^{\circ},向量2ta→+7b→2t\overrightarrow{a} +7\overrightarrow{b} 与a→+tb→\overrightarrow{a} +t\overrightarrow{b} 的夹角为钝角,求实数tt的取值范围.

先不看答案,让 AI 诊断你卡在哪里?

它不会直接告诉你答案,而是问你卡在哪一步看看 AI 是怎么陪你一步步弄懂这道题的

完整解法

(1)

1. 展开已知的向量数量积等式

由 (a→+2b→)⋅(a→−b→)=1(\overrightarrow{a} + 2\overrightarrow{b}) \cdot (\overrightarrow{a} - \overrightarrow{b}) = 1,展开可得:
a→2+a→⋅b→−2b→2=1\overrightarrow{a}^2 + \overrightarrow{a} \cdot \overrightarrow{b} - 2\overrightarrow{b}^2 = 1
即
∣a→∣2+a→⋅b→−2∣b→∣2=1|\overrightarrow{a}|^2 + \overrightarrow{a} \cdot \overrightarrow{b} - 2|\overrightarrow{b}|^2 = 1

2. 代入已知模长求出向量的数量积

将 ∣a→∣=2|\overrightarrow{a}| = 2,∣b→∣=1|\overrightarrow{b}| = 1 代入上式中:
22+a→⋅b→−2×12=12^2 + \overrightarrow{a} \cdot \overrightarrow{b} - 2 \times 1^2 = 1
4+a→⋅b→−2=1  ⟹  a→⋅b→=−14 + \overrightarrow{a} \cdot \overrightarrow{b} - 2 = 1 \implies \overrightarrow{a} \cdot \overrightarrow{b} = -1

3. 利用数量积的夹角公式求出夹角

设 a→\overrightarrow{a} 与 b→\overrightarrow{b} 的夹角为 θ\theta(其中 0≤θ≤π0 \le \theta \le \pi),则:
cos⁡θ=a→⋅b→∣a→∣∣b→∣=−12×1=−12\cos \theta = \frac{\overrightarrow{a} \cdot \overrightarrow{b}}{|\overrightarrow{a}||\overrightarrow{b}|} = \frac{-1}{2 \times 1} = -\frac{1}{2}
由于 θ∈[0,π]\theta \in [0, \pi],所以 θ=2π3\theta = \frac{2\pi}{3}(或 120∘120^\circ)。

答案

2π3\frac{2\pi}{3}(或 120∘120^\circ)

(2)

1. 计算在夹角为60度条件下的向量数量积

由于 a→\overrightarrow{a} 与 b→\overrightarrow{b} 的夹角为 60∘60^\circ,且 ∣a→∣=2|\overrightarrow{a}| = 2,∣b→∣=1|\overrightarrow{b}| = 1,可得:
a→⋅b→=∣a→∣∣b→∣cos⁡60∘=2×1×12=1\overrightarrow{a} \cdot \overrightarrow{b} = |\overrightarrow{a}||\overrightarrow{b}| \cos 60^\circ = 2 \times 1 \times \frac{1}{2} = 1

2. 建立夹角为钝角的数量积不等式并求解一元二次不等式

两向量夹角为钝角,需要它们的数量积小于 0 且不能反向共线。
计算数量积:
(2ta→+7b→)⋅(a→+tb→)<0(2t\overrightarrow{a} + 7\overrightarrow{b}) \cdot (\overrightarrow{a} + t\overrightarrow{b}) < 0
2t∣a→∣2+(2t2+7)a→⋅b→+7t∣b→∣2<02t|\overrightarrow{a}|^2 + (2t^2 + 7)\overrightarrow{a} \cdot \overrightarrow{b} + 7t|\overrightarrow{b}|^2 < 0
代入 ∣a→∣2=4|\overrightarrow{a}|^2 = 4,∣b→∣2=1|\overrightarrow{b}|^2 = 1,a→⋅b→=1\overrightarrow{a} \cdot \overrightarrow{b} = 1 得:
2t(4)+(2t2+7)(1)+7t(1)<02t(4) + (2t^2 + 7)(1) + 7t(1) < 0
2t2+15t+7<02t^2 + 15t + 7 < 0
即 (2t+1)(t+7)<0(2t + 1)(t + 7) < 0
解得 −7<t<−12-7 < t < -\frac{1}{2}

3. 考虑并排除反向共线(夹角为180度)的情况

若两向量反向共线,则它们的夹角为 180∘180^\circ(平角),而钝角不包含平角,因此需要排除此情况。
设 2ta→+7b→=λ(a→+tb→)2t\overrightarrow{a} + 7\overrightarrow{b} = \lambda (\overrightarrow{a} + t\overrightarrow{b}),其中 λ<0\lambda < 0。
因为 a→\overrightarrow{a} 与 b→\overrightarrow{b} 不共线,所以:
{2t=λ7=λt\begin{cases} 2t = \lambda \\ 7 = \lambda t \end{cases}
消去 λ\lambda 得 7=2t27 = 2t^2,解得 t=±142t = \pm \frac{\sqrt{14}}{2}。
因为 λ=2t<0\lambda = 2t < 0,所以 t=−142t = -\frac{\sqrt{14}}{2}。
因为 −7<−142<−12-7 < -\frac{\sqrt{14}}{2} < -\frac{1}{2},所以必须在区间内排除此值。
综上所述,实数 tt 的取值范围为 (−7,−142)∪(−142,−12)(-7, -\frac{\sqrt{14}}{2}) \cup (-\frac{\sqrt{14}}{2}, -\frac{1}{2})。

答案

(−7,−142)∪(−142,−12)(-7, -\frac{\sqrt{14}}{2}) \cup (-\frac{\sqrt{14}}{2}, -\frac{1}{2})

AI 分析,可能出错

用 AI 批改,圈出写错的那一步,并自动将你的薄弱点存入错题本,形成你的错因库。

同一知识点的其他题

  1. 1已知∣a→∣=4\left| \overrightarrow{a}\right|=4 ,∣b→∣=2\left| \overrightarrow{b}\right|= \sqrt{2} ,a→\overrightarrow{a}与b→\overrightarrow{b}…
  2. 2在四边形ABCDABCD中,已知OA→+OC→=OB→+OD→\overset\rightarrow { OA }+\overset\rightarrow { OC }=\overset\rightarrow { OB }+\overset\rightarrow { OD }…
  3. 3已知∣a→∣=∣b→∣=1| \overrightarrow{a}|=| \overrightarrow{b}|=1,a→ \overrightarrow{a}与b→ \overrightarrow{b}夹角是90∘90^{\circ},c→=2a→+3b→ \overrightarrow{c}=2 \overrightarrow{a}+3 \overrightarrow{b}…
  4. 4(1)二进制数学1101101(2)1101101_{(2)}转化为十进制数为___. (2)若实数xx,yy满足约束条件{x⩾0y⩽x2x+y−9⩽0\left\{\begin{array}{l}x\geqslant 0\\ y\leqslant x\\ 2x+y-9\leqslant 0\end{array}\right.…
  5. 5已知非零向量a→ \overrightarrow{a},b→ \overrightarrow{b}满足∣a→∣=∣b→∣=∣a→+b→∣| \overrightarrow{a}|=| \overrightarrow{b}|=| \overrightarrow{a}+ \overrightarrow{b}|…