已知 OA→=3i+j+3k\overrightarrow{OA} = 3\mathbf{i} + \mathbf{j} + 3\mathbf{k} 且 OB→=5i−4j+3k\overrightarrow{OB} = 5\mathbf{i} - 4\mathbf{j} + 3\mathbf{k}。求直线 OBOB 上一点 RR 的位置向量,使得 ARAR 垂直于 OBOB。由此求点 AA 关于直线 OBOB 的对称点 A′A' 的位置向量。

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完整解法

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1. Express the position vector of point $R$ in terms of a scalar parameter, using the collinearity of $O$, $R$, and $B$.

Since RR lies on the line passing through OO and BB, OR→\overrightarrow{OR} is a scalar multiple of OB→\overrightarrow{OB}.
OR→=λ(5−43)=(5λ−4λ3λ)\overrightarrow{OR} = \lambda \begin{pmatrix} 5 \\ -4 \\ 3 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 5\lambda \\ -4\lambda \\ 3\lambda \end{pmatrix}

2. Find the value of the parameter $\lambda$ using the perpendicular condition between $AR$ and $OB$.

The direction vector AR→\overrightarrow{AR} is given by:
AR→=OR→−OA→=(5λ−3−4λ−13λ−3)\overrightarrow{AR} = \overrightarrow{OR} - \overrightarrow{OA} = \begin{pmatrix} 5\lambda - 3 \\ -4\lambda - 1 \\ 3\lambda - 3 \end{pmatrix}
Since AR⊥OBAR \perp OB, their scalar product must be equal to zero:
AR→⋅OB→=0\overrightarrow{AR} \cdot \overrightarrow{OB} = 0
(5λ−3−4λ−13λ−3)⋅(5−43)=0\begin{pmatrix} 5\lambda - 3 \\ -4\lambda - 1 \\ 3\lambda - 3 \end{pmatrix} \cdot \begin{pmatrix} 5 \\ -4 \\ 3 \end{pmatrix} = 0
5(5λ−3)−4(−4λ−1)+3(3λ−3)=05(5\lambda - 3) - 4(-4\lambda - 1) + 3(3\lambda - 3) = 0
25λ−15+16λ+4+9λ−9=025\lambda - 15 + 16\lambda + 4 + 9\lambda - 9 = 0
50λ−20=0  ⟹  λ=2550\lambda - 20 = 0 \implies \lambda = \frac{2}{5}

3. Substitute $\lambda$ to find the specific position vector of $R$.

OR→=25(5−43)=(2−8/56/5)\overrightarrow{OR} = \frac{2}{5} \begin{pmatrix} 5 \\ -4 \\ 3 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 2 \\ -8/5 \\ 6/5 \end{pmatrix}
Thus, the position vector is OR→=2i−85j+65k\overrightarrow{OR} = 2\mathbf{i} - \frac{8}{5}\mathbf{j} + \frac{6}{5}\mathbf{k}.

4. Find the position vector of the reflection point $A'$ using the midpoint property.

The foot of the perpendicular RR is the midpoint of the line segment connecting AA and its reflection A′A'.
OR→=OA→+OA′→2\overrightarrow{OR} = \frac{\overrightarrow{OA} + \overrightarrow{OA'}}{2}
OA′→=2OR→−OA→\overrightarrow{OA'} = 2\overrightarrow{OR} - \overrightarrow{OA}
OA′→=2(2−8/56/5)−(313)\overrightarrow{OA'} = 2 \begin{pmatrix} 2 \\ -8/5 \\ 6/5 \end{pmatrix} - \begin{pmatrix} 3 \\ 1 \\ 3 \end{pmatrix}
OA′→=(4−16/512/5)−(313)=(1−21/5−3/5)\overrightarrow{OA'} = \begin{pmatrix} 4 \\ -16/5 \\ 12/5 \end{pmatrix} - \begin{pmatrix} 3 \\ 1 \\ 3 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 1 \\ -21/5 \\ -3/5 \end{pmatrix}
Thus, the position vector is OA′→=i−215j−35k\overrightarrow{OA'} = \mathbf{i} - \frac{21}{5}\mathbf{j} - \frac{3}{5}\mathbf{k}.

答案

OR→=2i−85j+65k\overrightarrow{OR} = 2\mathbf{i} - \frac{8}{5}\mathbf{j} + \frac{6}{5}\mathbf{k} and OA′→=i−215j−35k\overrightarrow{OA'} = \mathbf{i} - \frac{21}{5}\mathbf{j} - \frac{3}{5}\mathbf{k}

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