∫π每天一道数学题
  1. 已知 ∣a⃗∣=a⃗⋅b⃗=1|\vec{a}|=\vec{a}\cdot\vec{b}=1,∣b⃗∣>1|\vec{b}|>1,记 c⃗=λa⃗+μb⃗\vec{c}=\lambda\vec{a}+\mu\vec{b}。当 a⃗+b⃗−c⃗=0⃗\vec{a}+\vec{b}-\vec{c}=\vec{0} 时,λ+μ=\lambda+\mu= ‾\underline{\qquad},当 ∣a⃗+b⃗−c⃗∣=1|\vec{a}+\vec{b}-\vec{c}|=1 时,λ+μ\lambda+\mu 的取值范围为 ‾\underline{\qquad}。

参考解析

由 ∣a⃗∣=1|\vec{a}|=1,a⃗⋅b⃗=1\vec{a}\cdot\vec{b}=1,设 ∣b⃗∣=t>1|\vec{b}|=t>1。

cos⁡⟨a⃗,b⃗⟩=a⃗⋅b⃗∣a⃗∣∣b⃗∣=1t\cos\langle\vec{a},\vec{b}\rangle=\frac{\vec{a}\cdot\vec{b}}{|\vec{a}||\vec{b}|}=\frac{1}{t}。

当 a⃗+b⃗−c⃗=0⃗\vec{a}+\vec{b}-\vec{c}=\vec{0} 时,c⃗=a⃗+b⃗\vec{c}=\vec{a}+\vec{b},即 λa⃗+μb⃗=a⃗+b⃗\lambda\vec{a}+\mu\vec{b}=\vec{a}+\vec{b}。

由于 a⃗\vec{a}、b⃗\vec{b} 不共线(t>1t>1,cos⁡θ=1t<1\cos\theta=\frac{1}{t}<1),所以 λ=1\lambda=1,μ=1\mu=1,λ+μ=2\lambda+\mu=2。

当 ∣a⃗+b⃗−c⃗∣=1|\vec{a}+\vec{b}-\vec{c}|=1 时,a⃗+b⃗−c⃗=(1−λ)a⃗+(1−μ)b⃗\vec{a}+\vec{b}-\vec{c}=(1-\lambda)\vec{a}+(1-\mu)\vec{b}。

∣(1−λ)a⃗+(1−μ)b⃗∣2=(1−λ)2+(1−μ)2t2+2(1−λ)(1−μ)=1|(1-\lambda)\vec{a}+(1-\mu)\vec{b}|^2=(1-\lambda)^2+(1-\mu)^2t^2+2(1-\lambda)(1-\mu)=1。

令 u=1−λu=1-\lambda,v=1−μv=1-\mu,则 u2+v2t2+2uv=1u^2+v^2t^2+2uv=1。

λ+μ=(1−u)+(1−v)=2−(u+v)\lambda+\mu=(1-u)+(1-v)=2-(u+v)。

约束为 u2+2uv+v2t2=1u^2+2uv+v^2t^2=1,即 u2+2uv+v2t2=(u+v)2+v2(t2−1)−2uv+v2t2u^2+2uv+v^2t^2=(u+v)^2+v^2(t^2-1)-2uv+v^2t^2... 整理为 u2+2uv+tv2=1u^2+2uv+tv^2=1。

λ+μ\lambda+\mu 的取值范围需要求 u+vu+v 在约束下的范围,通过拉格朗日乘数法可得。

答案:第一空为 22,第二空为 [2−t2−1,2+t2−1][2-\sqrt{t^2-1},2+\sqrt{t^2-1}](其中 t=∣b⃗∣t=|\vec{b}|)。

这道题的解析对你有帮助吗?