在锐角三角形ABC{A} {B} {C}中,tan⁡A=12\tan {A} =\dfrac{1}{2},D{D}为边BC{B} {C}上的点,ΔABD\Delta {A} {B} {D}与ΔACD\Delta {A} {CD}的面积分别为22和4.4.过D{D}作DE⊥AB{D}{E} \bot {A} {B} 于E{E} ,DF⊥AC{DF}\bot {A} {C}于F{F},则DE→⋅DF→=()\overrightarrow{{D}{E} }\cdot \overrightarrow{{DF}}=()
A. −1314− \dfrac{13}{14}
B. −1615− \dfrac{16}{15}
C. −1715− \dfrac{17}{15}
D. −1514− \dfrac{15}{14}

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完整解法

1. 由正切值求出角 $A$ 的正弦和余弦值

因为 tan⁡A=sin⁡Acos⁡A=12\tan A = \dfrac{\sin A}{\cos A} = \dfrac{1}{2},且 AA 为锐角,所以 sin⁡A>0,cos⁡A>0\sin A > 0, \cos A > 0,可得 cos⁡A=2sin⁡A\cos A = 2\sin A。
代入同角三角函数关系式 sin⁡2A+cos⁡2A=1\sin^2 A + \cos^2 A = 1 中,解得:
sin⁡A=55,cos⁡A=255\sin A = \dfrac{\sqrt{5}}{5}, \cos A = \dfrac{2\sqrt{5}}{5}。

2. 计算三角形面积并求出两边乘积 $|AB| \cdot |AC|$

由于 SΔABC=SΔABD+SΔACD=2+4=6S_{\Delta ABC} = S_{\Delta ABD} + S_{\Delta ACD} = 2 + 4 = 6,
结合三角形面积公式 SΔABC=12∣AB∣⋅∣AC∣sin⁡A=6S_{\Delta ABC} = \dfrac{1}{2} |AB| \cdot |AC| \sin A = 6,
可得:
12∣AB∣⋅∣AC∣⋅55=6  ⟹  ∣AB∣⋅∣AC∣=125\dfrac{1}{2} |AB| \cdot |AC| \cdot \dfrac{\sqrt{5}}{5} = 6 \implies |AB| \cdot |AC| = 12\sqrt{5}。

3. 用边长表示高 $|DE|$ 和 $|DF|$

根据三角形面积公式有:
SΔABD=12∣AB∣⋅∣DE∣=2  ⟹  ∣DE∣=4∣AB∣S_{\Delta ABD} = \dfrac{1}{2} |AB| \cdot |DE| = 2 \implies |DE| = \dfrac{4}{|AB|},
SΔACD=12∣AC∣⋅∣DF∣=4  ⟹  ∣DF∣=8∣AC∣S_{\Delta ACD} = \dfrac{1}{2} |AC| \cdot |DF| = 4 \implies |DF| = \dfrac{8}{|AC|}。

4. 确定向量夹角并计算向量的数量积

在四边形 AEDFAEDF 中,∠AED=∠AFD=90∘\angle AED = \angle AFD = 90^\circ,
因此 ∠EDF=180∘−A\angle EDF = 180^\circ - A,即向量 DE→\overrightarrow{DE} 与 DF→\overrightarrow{DF} 的夹角为 π−A\pi - A。
因此数量积为:
DE→⋅DF→=∣DE∣⋅∣DF∣⋅cos⁡(π−A)=−∣DE∣⋅∣DF∣⋅cos⁡A\overrightarrow{DE} \cdot \overrightarrow{DF} = |DE| \cdot |DF| \cdot \cos(\pi - A) = - |DE| \cdot |DF| \cdot \cos A
将前面求得的值代入得:
DE→⋅DF→=−4∣AB∣⋅8∣AC∣⋅cos⁡A=−32∣AB∣⋅∣AC∣cos⁡A\overrightarrow{DE} \cdot \overrightarrow{DF} = - \dfrac{4}{|AB|} \cdot \dfrac{8}{|AC|} \cdot \cos A = - \dfrac{32}{|AB| \cdot |AC|} \cos A
=−32125⋅255=−6460=−1615= - \dfrac{32}{12\sqrt{5}} \cdot \dfrac{2\sqrt{5}}{5} = - \dfrac{64}{60} = - \dfrac{16}{15}。
故选 B。

答案

B

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