以原点 OO 为基准,三个点 AA、BB 和 CC 的位置向量分别为 3i−2j+5k3\mathbf{i} - 2\mathbf{j} + 5\mathbf{k}、i+4j−2k\mathbf{i} + 4\mathbf{j} - 2\mathbf{k} 和 αi+2j+4k\alpha\mathbf{i} + 2\mathbf{j} + 4\mathbf{k}。

  1. (b)

    已知 OD→=OA→+λOB→\overrightarrow{OD} = \overrightarrow{OA} + \lambda \overrightarrow{OB},求使 OD→\overrightarrow{OD} 垂直于 yy 轴的 λ\lambda 的值。

  2. (c)

    由此,求三角形 OADOAD 的确切面积。

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完整解法

2(b)

1. Find the position vector $\overrightarrow{OD}$ in terms of $\lambda$.

OD→=OA→+λOB→=(3−25)+λ(14−2)=(3+λ−2+4λ5−2λ)\overrightarrow{OD} = \overrightarrow{OA} + \lambda \overrightarrow{OB} = \begin{pmatrix} 3 \\ -2 \\ 5 \end{pmatrix} + \lambda \begin{pmatrix} 1 \\ 4 \\ -2 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 3 + \lambda \\ -2 + 4\lambda \\ 5 - 2\lambda \end{pmatrix}

2. Use the condition for perpendicular vectors to solve for $\lambda$.

For OD→\overrightarrow{OD} to be perpendicular to the yy-axis, its dot product with the yy-axis direction vector j=(010)\mathbf{j} = \begin{pmatrix} 0 \\ 1 \\ 0 \end{pmatrix} must be zero (which means its yy-component must be 00).

(3+λ−2+4λ5−2λ)⋅(010)=0\begin{pmatrix} 3 + \lambda \\ -2 + 4\lambda \\ 5 - 2\lambda \end{pmatrix} \cdot \begin{pmatrix} 0 \\ 1 \\ 0 \end{pmatrix} = 0
−2+4λ=0-2 + 4\lambda = 0
4λ=2  ⟹  λ=124\lambda = 2 \implies \lambda = \frac{1}{2}

答案

12\frac{1}{2}

2(c)

1. Calculate the value of $\lambda$ and the vector $\overrightarrow{OD}$ from part (b).

From part (b), OD→=OA→+λOB→\overrightarrow{OD} = \overrightarrow{OA} + \lambda \overrightarrow{OB}:
OD→=(3−25)+λ(14−2)=(3+λ−2+4λ5−2λ)\overrightarrow{OD} = \begin{pmatrix} 3 \\ -2 \\ 5 \end{pmatrix} + \lambda \begin{pmatrix} 1 \\ 4 \\ -2 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 3 + \lambda \\ -2 + 4\lambda \\ 5 - 2\lambda \end{pmatrix}
Since OD→\overrightarrow{OD} is perpendicular to the yy-axis, its yy-component must be 00:
−2+4λ=0  ⟹  λ=12-2 + 4\lambda = 0 \implies \lambda = \frac{1}{2}
Substituting λ=12\lambda = \frac{1}{2} gives:
OD→=(7/204)\overrightarrow{OD} = \begin{pmatrix} 7/2 \\ 0 \\ 4 \end{pmatrix}

2. Evaluate the cross product $\overrightarrow{OA} \times \overrightarrow{OD}$.

OA→×OD→=(3−25)×(7/204)\overrightarrow{OA} \times \overrightarrow{OD} = \begin{pmatrix} 3 \\ -2 \\ 5 \end{pmatrix} \times \begin{pmatrix} 7/2 \\ 0 \\ 4 \end{pmatrix}
=∣ijk3−257/204∣= \begin{vmatrix} \mathbf{i} & \mathbf{j} & \mathbf{k} \\ 3 & -2 & 5 \\ 7/2 & 0 & 4 \end{vmatrix}
=i((−2)(4)−0)−j((3)(4)−(5)(72))+k(0−(−2)(72))= \mathbf{i}((-2)(4) - 0) - \mathbf{j}((3)(4) - (5)(\frac{7}{2})) + \mathbf{k}(0 - (-2)(\frac{7}{2}))
=i(−8)−j(12−352)+k(7)= \mathbf{i}(-8) - \mathbf{j}(12 - \frac{35}{2}) + \mathbf{k}(7)
=(−811/27)= \begin{pmatrix} -8 \\ 11/2 \\ 7 \end{pmatrix}

3. Calculate the exact area of triangle $OAD$.

Area=12∣OA→×OD→∣\text{Area} = \frac{1}{2} |\overrightarrow{OA} \times \overrightarrow{OD}|
=12(−8)2+(112)2+72= \frac{1}{2} \sqrt{(-8)^2 + \left(\frac{11}{2}\right)^2 + 7^2}
=1264+1214+49= \frac{1}{2} \sqrt{64 + \frac{121}{4} + 49}
=12113+1214= \frac{1}{2} \sqrt{113 + \frac{121}{4}}
=125734= \frac{1}{2} \sqrt{\frac{573}{4}}
=5734= \frac{\sqrt{573}}{4}

答案

5734\frac{\sqrt{573}}{4}

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