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10平面向量★★★★★
在平面内,定点 AA,BB,CC,DD 满足 ∣DA→∣=∣DB→∣=∣DC→∣\left|\overrightarrow{DA}\right|=\left|\overrightarrow{DB}\right|=\left|\overrightarrow{DC}\right|,且 DA→⋅DB→=DB→⋅DC→=DC→⋅DA→=−2\overrightarrow{DA}\cdot\overrightarrow{DB}=\overrightarrow{DB}\cdot\overrightarrow{DC}=\overrightarrow{DC}\cdot\overrightarrow{DA}=-2,动点 PP,MM 满足 ∣AP→∣=1\left|\overrightarrow{AP}\right|=1,PM→=MC→\overrightarrow{PM}=\overrightarrow{MC},则 ∣BM→∣2\left|\overrightarrow{BM}\right|^2 的最大值是( )
\begin{solution} 令 u=DA→\boldsymbol{u}=\overrightarrow{DA},v=DB→\boldsymbol{v}=\overrightarrow{DB},w=DC→\boldsymbol{w}=\overrightarrow{DC},并设 ∣u∣2=∣v∣2=∣w∣2=r2|\boldsymbol{u}|^2=|\boldsymbol{v}|^2=|\boldsymbol{w}|^2=r^2.三个向量共面,故其 Gram 行列式为零:
det⁡(r2−2−2−2r2−2−2−2r2)=(r2−4)(r2+2)2=0\det\begin{pmatrix}r^2&-2&-2\\-2&r^2&-2\\-2&-2&r^2\end{pmatrix}=(r^2-4)(r^2+2)^2=0
因 r2>0r^2>0,故 r2=4r^2=4.又
∣u+v+w∣2=3r2+2(−2−2−2)=0|\boldsymbol{u}+\boldsymbol{v}+\boldsymbol{w}|^2=3r^2+2(-2-2-2)=0
所以 u+v+w=\bs0\boldsymbol{u}+\boldsymbol{v}+\boldsymbol{w}=\bs0.
设 z=AP→\boldsymbol{z}=\overrightarrow{AP},则 ∣z∣=1|\boldsymbol{z}|=1,且由于 MM 是 PCPC 的中点,
BM→=u+z+w2−v=z−3v2\overrightarrow{BM}=\frac{\boldsymbol{u}+\boldsymbol{z}+\boldsymbol{w}}{2}-\boldsymbol{v}=\frac{\boldsymbol{z}-3\boldsymbol{v}}{2}
于是
∣BM→∣2=14(∣z∣2+9∣v∣2−6z⋅v)=14(37−6z⋅v)|\overrightarrow{BM}|^2=\frac14\left(|\boldsymbol{z}|^2+9|\boldsymbol{v}|^2-6\boldsymbol{z}\cdot\boldsymbol{v}\right)=\frac14(37-6\boldsymbol{z}\cdot\boldsymbol{v})
由 z⋅v≥−∣z∣∣v∣=−2\boldsymbol{z}\cdot\boldsymbol{v}\geq-|\boldsymbol{z}||\boldsymbol{v}|=-2,得
∣BM→∣2≤37+124=494|\overrightarrow{BM}|^2\leq\frac{37+12}{4}=\frac{49}{4}
当 z\boldsymbol{z} 与 v\boldsymbol{v} 反向时取等号,所以最大值为 494\dfrac{49}{4},选 B. \end{solution}
A.
434\dfrac{43}{4}
B.
494\dfrac{49}{4}
C.
37+634\dfrac{37+6\sqrt3}{4}
D.
37+2334\dfrac{37+2\sqrt{33}}{4}

2016 · 四川 · 理 · 第 10 题 · 选择题

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09解析几何★★★★☆
设 m∈Rm \in \mathbf{R},过定点 AA 的动直线 x+my=0x + my = 0 和过定点 BB 的动直线 mx−y−m+3=0mx - y - m + 3 = 0 交于点 P(x,y)P(x, y). 则 ∣PA∣+∣PB∣|PA| + |PB| 的取值范围是( )
\begin{answer} B \end{answer}
\begin{solution} 两条动直线分别恒过 A=(0,0)A=(0,0) 和 B=(1,3)B=(1,3). 它们的法向量分别为 (1,m)(1,m) 和 (m,−1)(m,-1),数量积为 m−m=0m-m=0,所以两直线始终垂直,即 ∠APB=90∘\angle APB=90^{\circ}. 因而 PP 在以 ABAB 为直径的圆上,且 ∣AB∣=(1−0)2+(3−0)2=10|AB|=\sqrt{(1-0)^2+(3-0)^2}=\sqrt{10},∣PA∣2+∣PB∣2=10|PA|^2+|PB|^2=10. 由基本不等式,
10⩽∣PA∣+∣PB∣⩽2(∣PA∣2+∣PB∣2)=25\sqrt{10}\leqslant |PA|+|PB|\leqslant\sqrt{2\left(|PA|^2+|PB|^2\right)}=2\sqrt5
联立两条直线方程可得
P=(m(m−3)m2+1,3−mm2+1)P=\left(\frac{m(m-3)}{m^2+1},\frac{3-m}{m^2+1}\right)
当 m=3m=3 或 m=−13m=-\frac13 时,分别有 P=AP=A 或 P=BP=B,下界可以取得;当 m=12m=\frac12 或 m=−2m=-2 时,分别有 P=(−1,2)P=(-1,2) 或 P=(2,1)P=(2,1),均满足 ∣PA∣=∣PB∣=5|PA|=|PB|=\sqrt5,上界也可以取得. 故取值范围为 [10,25][\sqrt{10},2\sqrt5],选 B. \end{solution}
A.
[5,25][\sqrt{5}, 2\sqrt{5}]
B.
[10,25][\sqrt{10}, 2\sqrt{5}]
C.
[10,45][\sqrt{10}, 4\sqrt{5}]
D.
[25,45][2\sqrt{5}, 4\sqrt{5}]

2014 · 四川 · 文 · 第 9 题 · 选择题

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18立体几何初步★★★☆☆
在如图所示的多面体中,四边形 ABB1A1ABB_{1}A_{1} 和 ACC1A1ACC_{1}A_{1} 都为矩形.
(1) 若 AC⊥BCAC \perp BC,证明:直线 BC⊥BC \perp 平面 ACC1A1ACC_{1}A_{1}; (2) 设 DD,EE 分别是线段 BCBC,CC1CC_{1} 的中点,在线段 ABAB 上是否存在一点 MM,使直线 DE∥DE \parallel 平面 A1MCA_{1}MC?请证明你的结论.
\begin{solution} \begin{enumerate} \item 设 u=AA1→\boldsymbol{u}=\overrightarrow{AA_{1}},v=AB→\boldsymbol{v}=\overrightarrow{AB},w=AC→\boldsymbol{w}=\overrightarrow{AC}. 由两个四边形为矩形,得 u⋅v=0\boldsymbol{u}\cdot\boldsymbol{v}=0,u⋅w=0\boldsymbol{u}\cdot\boldsymbol{w}=0. 又 BC→=w−v\overrightarrow{BC}=\boldsymbol{w}-\boldsymbol{v},所以 BC→⋅u=0\overrightarrow{BC}\cdot\boldsymbol{u}=0,即 BC⊥AA1BC\perp AA_{1}. 已知 AC⊥BCAC\perp BC,而 ACAC 与 AA1AA_{1} 是平面 ACC1A1ACC_{1}A_{1} 内相交的两条直线,因此 BC⊥BC\perp 平面 ACC1A1ACC_{1}A_{1}. \item 取 MM 为 ABAB 的中点. 用上面的向量记号,有 DE→=12(u+w−v)\overrightarrow{DE}=\frac12\left(\boldsymbol{u}+\boldsymbol{w}-\boldsymbol{v}\right),A1M→=12v−u\overrightarrow{A_{1}M}=\frac12\boldsymbol{v}-\boldsymbol{u},A1C→=w−u\overrightarrow{A_{1}C}=\boldsymbol{w}-\boldsymbol{u}. 从而
DE→=−A1M→+12A1C→\overrightarrow{DE}=-\overrightarrow{A_{1}M}+\frac12\overrightarrow{A_{1}C}
右端是平面 A1MCA_{1}MC 内两条相交直线方向向量的线性组合,所以直线 DEDE 的方向平行于平面 A1MCA_{1}MC. 又因 ABCABC 是三角形,且 u\boldsymbol{u} 同时垂直于 v\boldsymbol{v},w\boldsymbol{w},故 u\boldsymbol{u},v\boldsymbol{v},w\boldsymbol{w} 线性无关. 若 DD 在平面 A1MCA_{1}MC 内,则存在实数 λ\lambda,μ\mu,使
A1D→=12(v+w)−u=λ(12v−u)+μ(w−u)\overrightarrow{A_{1}D}=\frac12(\boldsymbol{v}+\boldsymbol{w})-\boldsymbol{u}=\lambda\left(\frac12\boldsymbol{v}-\boldsymbol{u}\right)+\mu(\boldsymbol{w}-\boldsymbol{u})
比较 v\boldsymbol{v},w\boldsymbol{w},u\boldsymbol{u} 的系数,分别得到 λ=1\lambda=1,μ=12\mu=\frac12,λ+μ=1\lambda+\mu=1,矛盾. 因此 DD 不在平面 A1MCA_{1}MC 内,故 DE∥DE\parallel 平面 A1MCA_{1}MC. 因此存在这样的点 MM,且它是线段 ABAB 的中点. \end{enumerate} \end{solution}

2014 · 四川 · 文 · 第 18 题 · 解答题

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