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10平面向量★★★★☆
在平面直角坐标系 xOyxOy 中,已知向量 a\boldsymbol{a},b\boldsymbol{b},∣a∣=∣b∣=1|\boldsymbol{a}| = |\boldsymbol{b}| = 1,a⋅b=0\boldsymbol{a} \cdot \boldsymbol{b} = 0,点 QQ 满足 OQ→=2(a+b)\overrightarrow{OQ} = \sqrt{2}(\boldsymbol{a} + \boldsymbol{b}). 曲线 C={P∣OP→=acos⁡θ+bsin⁡θ,0⩽θ<2π}C = \left\{P \mid \overrightarrow{OP} = \boldsymbol{a} \cos \theta + \boldsymbol{b} \sin \theta, 0 \leqslant \theta < 2\pi\right\},区域 Ω={P∣0<r⩽∣PQ→∣⩽R,r<R}\Omega = \left\{P \mid 0 < r \leqslant \left|\overrightarrow{PQ}\right| \leqslant R, r < R\right\}. 若 C∩ΩC \cap \Omega 为两段分离的曲线,则( )
\begin{solution} 取 a\boldsymbol{a},b\boldsymbol{b} 为平面内两条互相垂直的单位向量作为坐标基底,则点 PP 的坐标可表示为 (cos⁡θ,sin⁡θ)(\cos\theta,\sin\theta),点 QQ 的坐标为 (2,2)(\sqrt{2},\sqrt{2}). 因而 ∣PQ→∣2=(cos⁡θ−2)2+(sin⁡θ−2)2=5−22(cos⁡θ+sin⁡θ)=5−4cos⁡(θ−π4)\lvert\overrightarrow{PQ}\rvert^{2}=(\cos\theta-\sqrt{2})^{2}+(\sin\theta-\sqrt{2})^{2}=5-2\sqrt{2}(\cos\theta+\sin\theta)=5-4\cos\left(\theta-\dfrac{\pi}{4}\right).
所以 ∣PQ→∣\lvert\overrightarrow{PQ}\rvert 的最小值为 11,最大值为 33,且在圆 CC 上分别只有一个最小点和一个最大点. 若 r⩽1r\leqslant1,内边界不会截去最小点附近的弧段;若 R⩾3R\geqslant3,外边界不会截去最大点附近的弧段,这两种情形都不能得到两段分离的曲线. 只有 1<r<R<31<r<R<3 时,内、外两个边界分别截去最小点和最大点附近的弧段,剩余部分恰为两段分离的曲线,故选 A. \end{solution}
A.
1<r<R<31 < r < R < 3
B.
1<r<3⩽R1 < r < 3 \leqslant R
C.
r⩽1<R<3r \leqslant 1 < R < 3
D.
1<r<3<R1 < r < 3 < R

2014 · 安徽 · 理 · 第 10 题 · 选择题

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