已知向量a→=(x,2,2)\overrightarrow{a}=(x,2,2),b→=(2,y,−2)\overrightarrow{b}=(2,y,-2),c→=(3,1,z)\overrightarrow{c}=(3,1,z),a→/ ⁣/b→\overrightarrow{a}/\!/\overrightarrow{b},b→⊥c→(1)\overrightarrow{b}\bot\overrightarrow{c}(1)求向量a→\overrightarrow{a},b→\overrightarrow{b},c→\overrightarrow{c}; (2)求向量(a→+c→)(\overrightarrow{a}+\overrightarrow{c})与(b→+c→)(\overrightarrow{b}+\overrightarrow{c})所成角的余弦值;

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完整解法

(1)

1. 根据空间向量共线的坐标关系求出 $x$ 和 $y$

因为向量 a→=(x,2,2)\overrightarrow{a}=(x,2,2),b→=(2,y,−2)\overrightarrow{b}=(2,y,-2),且 a→//b→\overrightarrow{a} // \overrightarrow{b},
所以对应的坐标成比例,即 x2=2y=2−2\dfrac{x}{2} = \dfrac{2}{y} = \dfrac{2}{-2}。
由 2−2=−1\dfrac{2}{-2} = -1 可得:
x2=−1⇒x=−2\dfrac{x}{2} = -1 \Rightarrow x = -2,
2y=−1⇒y=−2\dfrac{2}{y} = -1 \Rightarrow y = -2。
因此,a→=(−2,2,2)\overrightarrow{a}=(-2,2,2),b→=(2,−2,−2)\overrightarrow{b}=(2,-2,-2)。

2. 根据空间向量垂直的坐标关系求出 $z$

因为 c→=(3,1,z)\overrightarrow{c}=(3,1,z),且 b→⊥c→\overrightarrow{b} \bot \overrightarrow{c},
所以数量积 b→⋅c→=0\overrightarrow{b} \cdot \overrightarrow{c} = 0,
即 2×3+(−2)×1+(−2)×z=02 \times 3 + (-2) \times 1 + (-2) \times z = 0,
解得 6−2−2z=0⇒4−2z=0⇒z=26 - 2 - 2z = 0 \Rightarrow 4 - 2z = 0 \Rightarrow z = 2。
所以,c→=(3,1,2)\overrightarrow{c}=(3,1,2)。

答案

a→=(−2,2,2),b→=(2,−2,−2),c→=(3,1,2)\overrightarrow{a}=(-2,2,2),\overrightarrow{b}=(2,-2,-2),\overrightarrow{c}=(3,1,2)

(2)

1. 计算和向量 $\overrightarrow{a}+\overrightarrow{c}$ 与 $\overrightarrow{b}+\overrightarrow{c}$ 的坐标

由第 (1) 问可知:
a→=(−2,2,2)\overrightarrow{a}=(-2,2,2),b→=(2,−2,−2)\overrightarrow{b}=(2,-2,-2),c→=(3,1,2)\overrightarrow{c}=(3,1,2)。
所以:
a→+c→=(−2+3,2+1,2+2)=(1,3,4)\overrightarrow{a}+\overrightarrow{c} = (-2+3, 2+1, 2+2) = (1,3,4),
b→+c→=(2+3,−2+1,−2+2)=(5,−1,0)\overrightarrow{b}+\overrightarrow{c} = (2+3, -2+1, -2+2) = (5,-1,0)。

2. 计算两个和向量的数量积与模长

因为 (a→+c→)⋅(b→+c→)=1×5+3×(−1)+4×0=5−3=2(\overrightarrow{a}+\overrightarrow{c}) \cdot (\overrightarrow{b}+\overrightarrow{c}) = 1 \times 5 + 3 \times (-1) + 4 \times 0 = 5 - 3 = 2。
模长为:
∣a→+c→∣=12+32+42=26|\overrightarrow{a}+\overrightarrow{c}| = \sqrt{1^2+3^2+4^2} = \sqrt{26},
∣b→+c→∣=52+(−1)2+02=26|\overrightarrow{b}+\overrightarrow{c}| = \sqrt{5^2+(-1)^2+0^2} = \sqrt{26}。

3. 通过夹角公式求出余弦值

设 (a→+c→)(\overrightarrow{a}+\overrightarrow{c}) 与 (b→+c→)(\overrightarrow{b}+\overrightarrow{c}) 的夹角为 θ\theta,
则 cos⁡θ=(a→+c→)⋅(b→+c→)∣a→+c→∣×∣b→+c→∣=226×26=226=113\cos\theta = \dfrac{(\overrightarrow{a}+\overrightarrow{c}) \cdot (\overrightarrow{b}+\overrightarrow{c})}{|\overrightarrow{a}+\overrightarrow{c}| \times |\overrightarrow{b}+\overrightarrow{c}|} = \dfrac{2}{\sqrt{26} \times \sqrt{26}} = \dfrac{2}{26} = \dfrac{1}{13}。
所以,所成角的余弦值为 113\dfrac{1}{13}。

答案

113\frac{1}{13}

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