已知向量 a⃗=(1,2)\vec{a} = (1, 2),b⃗=(x,−1)\vec{b} = (x, -1)。若 a⃗\vec{a} 与 b⃗\vec{b} 的夹角 θ\theta 为钝角,求实数 xx 的取值范围。

完整解法

1. 根据向量数量积与夹角的关系列出不等式并求解

由已知向量坐标 a⃗=(1,2)\vec{a} = (1, 2),b⃗=(x,−1)\vec{b} = (x, -1),计算数量积:
a⃗⋅b⃗=1⋅x+2⋅(−1)=x−2\vec{a} \cdot \vec{b} = 1 \cdot x + 2 \cdot (-1) = x - 2
若 a⃗\vec{a} 与 b⃗\vec{b} 的夹角 θ\theta 为钝角,则必有 cos⁡θ<0\cos \theta < 0,即:
a⃗⋅b⃗<0\vec{a} \cdot \vec{b} < 0
代入得 x−2<0x - 2 < 0,解得 x<2x < 2。

2. 排除向量反向共线(夹角为平角)的情形

当 a⃗\vec{a} 与 b⃗\vec{b} 方向相反时,夹角 θ=180∘\theta = 180^\circ(平角),不属于钝角。
此时 a⃗\vec{a} 与 b⃗\vec{b} 反向共线,存在实数 k<0k < 0,使得:
b⃗=ka⃗  ⟹  (x,−1)=(k,2k)\vec{b} = k\vec{a} \implies (x, -1) = (k, 2k)
由 2k=−12k = -1 得 k=−12k = -\frac{1}{2},此时 x=−12x = -\frac{1}{2}。
因此,必须排除 x=−12x = -\frac{1}{2}。

3. 综合得出实数 $x$ 的取值范围

综合上述条件,实数 xx 的取值范围为:
x<2 且 x≠−12x < 2 \text{ 且 } x \neq -\frac{1}{2}
用区间表示为 (−∞,−12)∪(−12,2)\left(-\infty, -\frac{1}{2}\right) \cup \left(-\frac{1}{2}, 2\right)。

答案

x<2x < 2 且 x≠−12x \neq -\frac{1}{2}(或用区间表示为 (−∞,−12)∪(−12,2)\left(-\infty, -\frac{1}{2}\right) \cup \left(-\frac{1}{2}, 2\right))

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