点 AA、BB 和 CC 相对于原点 OO 的位置向量分别为 a\mathbf{a}、b\mathbf{b} 和 c\mathbf{c}。点 CC 在 ABAB 的延长线上,使得 5AB=3AC5AB = 3AC。已知 a⋅c=2\mathbf{a} \cdot \mathbf{c} = 2、a\mathbf{a} 是单位向量且角 AOBAOB 为 π3\frac{\pi}{3},证明 ∣b∣=165|\mathbf{b}| = \frac{16}{5}。

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完整解法

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1. Express vector $\mathbf{c}$ in terms of $\mathbf{a}$ and $\mathbf{b}$ using the collinearity and length ratios.

Since point CC is on ABAB produced, the points AA, BB, and CC are collinear in that order. This means vectors AB⃗\vec{AB} and AC⃗\vec{AC} have the same direction.
Given 5AB=3AC5AB = 3AC, we can write this as a vector equation:
5AB⃗=3AC⃗5\vec{AB} = 3\vec{AC}
5(b−a)=3(c−a)5(\mathbf{b} - \mathbf{a}) = 3(\mathbf{c} - \mathbf{a})
5b−5a=3c−3a5\mathbf{b} - 5\mathbf{a} = 3\mathbf{c} - 3\mathbf{a}
3c=5b−2a3\mathbf{c} = 5\mathbf{b} - 2\mathbf{a}

2. Substitute the expression for $3\mathbf{c}$ into the given dot product condition.

We are given that a⋅c=2\mathbf{a} \cdot \mathbf{c} = 2. Multiplying both sides by 3 gives:
3(a⋅c)=63(\mathbf{a} \cdot \mathbf{c}) = 6
a⋅(3c)=6\mathbf{a} \cdot (3\mathbf{c}) = 6
Substitute 3c=5b−2a3\mathbf{c} = 5\mathbf{b} - 2\mathbf{a} into the equation:
a⋅(5b−2a)=6\mathbf{a} \cdot (5\mathbf{b} - 2\mathbf{a}) = 6
5(a⋅b)−2(a⋅a)=65(\mathbf{a} \cdot \mathbf{b}) - 2(\mathbf{a} \cdot \mathbf{a}) = 6

3. Use the property of the unit vector $\mathbf{a}$ to find the value of $\mathbf{a} \cdot \mathbf{b}$.

Since a\mathbf{a} is a unit vector, its magnitude ∣a∣=1|\mathbf{a}| = 1, which implies a⋅a=∣a∣2=1\mathbf{a} \cdot \mathbf{a} = |\mathbf{a}|^2 = 1.
5(a⋅b)−2(1)=65(\mathbf{a} \cdot \mathbf{b}) - 2(1) = 6
5(a⋅b)=85(\mathbf{a} \cdot \mathbf{b}) = 8
a⋅b=85\mathbf{a} \cdot \mathbf{b} = \frac{8}{5}

4. Use the scalar product definition with the given angle to find $|\mathbf{b}|$.

By the definition of the scalar product:
a⋅b=∣a∣∣b∣cos⁡(∠AOB)\mathbf{a} \cdot \mathbf{b} = |\mathbf{a}||\mathbf{b}|\cos(\angle AOB)
Substitute ∣a∣=1|\mathbf{a}| = 1, a⋅b=85\mathbf{a} \cdot \mathbf{b} = \frac{8}{5}, and ∠AOB=π3\angle AOB = \frac{\pi}{3}:
85=(1)∣b∣cos⁡(π3)\frac{8}{5} = (1)|\mathbf{b}|\cos\left(\frac{\pi}{3}\right)
85=∣b∣(12)\frac{8}{5} = |\mathbf{b}|\left(\frac{1}{2}\right)
∣b∣=165 (shown)|\mathbf{b}| = \frac{16}{5} \text{ (shown)}

答案

∣b∣=165|\mathbf{b}| = \frac{16}{5}

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