相对于原点 O,两点 A 和 B 的位置向量分别为 a 和 b。a 的长度为 k 个单位,b 是单位向量。a 和 b 之间的夹角为 π6\frac{\pi}{6} 弧度。 已知点 M 在线段 AB 上,且满足 AM:AB 为 3:4,求 ΔOAM\Delta OAM 的精确面积,答案用 k 表示。

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完整解法

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1. Determine the position vector of point M using the ratio theorem.

Since MM lies on the line segment ABAB such that AM:AB=3:4AM:AB = 3:4, the ratio of the lengths AM:MBAM:MB is 3:13:1.

By the ratio theorem:
m=1a+3b1+3=14a+34b\mathbf{m} = \frac{1\mathbf{a} + 3\mathbf{b}}{1 + 3} = \frac{1}{4}\mathbf{a} + \frac{3}{4}\mathbf{b}

2. Express the area of $\Delta OAM$ in terms of the vector product of $\mathbf{a}$ and $\mathbf{m}$.

Area of ΔOAM=12∣a×m∣\text{Area of } \Delta OAM = \frac{1}{2} |\mathbf{a} \times \mathbf{m}|

3. Substitute the expression for $\mathbf{m}$ and simplify the vector product using algebraic properties.

a×m=a×(14a+34b)\mathbf{a} \times \mathbf{m} = \mathbf{a} \times \left( \frac{1}{4}\mathbf{a} + \frac{3}{4}\mathbf{b} \right)
=14(a×a)+34(a×b)= \frac{1}{4}(\mathbf{a} \times \mathbf{a}) + \frac{3}{4}(\mathbf{a} \times \mathbf{b})

Since the cross product of a vector with itself is zero (a×a=0\mathbf{a} \times \mathbf{a} = \mathbf{0}):
a×m=34(a×b)\mathbf{a} \times \mathbf{m} = \frac{3}{4}(\mathbf{a} \times \mathbf{b})

Substituting this back into the area formula:
Area of ΔOAM=12∣34(a×b)∣=38∣a×b∣\text{Area of } \Delta OAM = \frac{1}{2} \left| \frac{3}{4}(\mathbf{a} \times \mathbf{b}) \right| = \frac{3}{8} |\mathbf{a} \times \mathbf{b}|

4. Evaluate the magnitude of the vector product $\mathbf{a} \times \mathbf{b}$ and calculate the final area.

Using the magnitude formula for a cross product, where ∣a∣=k|\mathbf{a}| = k, ∣b∣=1|\mathbf{b}| = 1, and the angle is π6\frac{\pi}{6}:
∣a×b∣=∣a∣∣b∣sin⁡(π6)|\mathbf{a} \times \mathbf{b}| = |\mathbf{a}||\mathbf{b}|\sin\left(\frac{\pi}{6}\right)
∣a×b∣=(k)(1)(12)=k2|\mathbf{a} \times \mathbf{b}| = (k)(1)\left(\frac{1}{2}\right) = \frac{k}{2}

Therefore, the exact area is:
Area=38(k2)=316k\text{Area} = \frac{3}{8} \left( \frac{k}{2} \right) = \frac{3}{16}k

答案

316k\frac{3}{16}k

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