已知向量a→=(−2,1) \overrightarrow{a}=(-2,1),b→=(3,−4) \overrightarrow{b}=(3,-4). (1)求(a→+b→)⋅(2a→−b→)( \overrightarrow{a}+ \overrightarrow{b})⋅(2 \overrightarrow{a}- \overrightarrow{b})的值; (2)求向量a→ \overrightarrow{a}与a→+b→ \overrightarrow{a}+ \overrightarrow{b}的夹角.

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完整解法

(1)

1. 计算向量 $\vec{a}+\vec{b}$ 和 $2\vec{a}-\vec{b}$ 的坐标

已知向量 a⃗=(−2,1)\vec{a}=(-2,1),b⃗=(3,−4)\vec{b}=(3,-4).
则:
a⃗+b⃗=(−2+3,1−4)=(1,−3)\vec{a}+\vec{b} = (-2+3, 1-4) = (1,-3)
2a⃗−b⃗=2(−2,1)−(3,−4)=(−4,2)−(3,−4)=(−7,6)2\vec{a}-\vec{b} = 2(-2,1) - (3,-4) = (-4,2) - (3,-4) = (-7,6)

2. 利用数量积的坐标表示计算数量积的值

根据平面向量数量积的坐标运算公式,得:
(a⃗+b⃗)⋅(2a⃗−b⃗)=1×(−7)+(−3)×6=−7−18=−25(\vec{a}+\vec{b})\cdot(2\vec{a}-\vec{b}) = 1 \times (-7) + (-3) \times 6 = -7 - 18 = -25

答案

-25

(2)

1. 计算向量的模长及它们之积

由第(1)问已得 a⃗+b⃗=(1,−3)\vec{a}+\vec{b} = (1,-3).
计算向量的模长:
∣a⃗∣=(−2)2+12=5|\vec{a}| = \sqrt{(-2)^2 + 1^2} = \sqrt{5}
∣a⃗+b⃗∣=12+(−3)2=10|\vec{a}+\vec{b}| = \sqrt{1^2 + (-3)^2} = \sqrt{10}
计算数量积:
a⃗⋅(a⃗+b⃗)=−2×1+1×(−3)=−5\vec{a}\cdot(\vec{a}+\vec{b}) = -2 \times 1 + 1 \times (-3) = -5

2. 利用夹角公式求出夹角的余弦值,并求出夹角的大小

设向量 a⃗\vec{a} 与 a⃗+b⃗\vec{a}+\vec{b} 的夹角为 θ\theta.
则其余弦值为:
cos⁡θ=a⃗⋅(a⃗+b⃗)∣a⃗∣∣a⃗+b⃗∣=−55×10=−22\cos \theta = \frac{\vec{a}\cdot(\vec{a}+\vec{b})}{|\vec{a}||\vec{a}+\vec{b}|} = \frac{-5}{\sqrt{5} \times \sqrt{10}} = -\frac{\sqrt{2}}{2}
因为 θ∈[0∘,180∘]\theta \in [0^\circ, 180^\circ],
所以 θ=135∘\theta = 135^\circ(或 3π4\frac{3\pi}{4}).

答案

135^\circ

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