本题导读

本题是填空题的压轴题。考查向量数量积的坐标运算与复杂的三角恒等变换。核心难点在于利用两角差的余弦公式简化项,并利用三角函数在一个完整周期内求和为零的性质快速得出结果。

📌【题干】

Question

(2015年江苏卷) 设向量 (),则 的值为 .

🔍【思路分析】

破题导航

  1. 展开数量积:利用向量数量积的坐标公式 展开单项 。
  2. 三角恒等变换:
    • 观察展开式,利用两角差的余弦公式 合并项。
    • 利用辅助角公式或积化和差公式处理剩余项。
  3. 求和化简:
    • 将变换后的通项代入求和符号 。
    • 利用正弦函数和余弦函数在完整周期(如 )内离散取值求和为 0 的性质(对称性)消除动态项。
  4. 计算常数项:提取出与 无关的常数项进行累加得到最终值。

✅【答案】

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✍【详细解析】

Abstract

第一步:展开并化简 设 ,则 。

第二步:代入具体角度并进一步化简 由于 ,则 。 利用积化和差公式 : 。 代回原式: 。

第三步:利用对称性求和 目标式为 。 注意到 和 的周期均为 。 在一个完整周期 内,这些三角函数值的累加和为 0: ,。 (注:这是因为这些点在单位圆上均匀分布,其横纵坐标之和均为 0)

第四步:计算最终结果 原式 。

答案:

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

  • 核心考点:向量坐标运算法则;两角和差公式与积化和差公式;三角函数离散求和的周期性。
  • 核心方法:周期求和法。在求和式中看到三角函数项,且求和范围正好覆盖一个或多个完整周期时,直接判定其和为 0 可大幅提速。
  • 避坑指南:展开项较多,容易在符号(尤其是 和 的组合项)上出错。建议先合并同类项,再代入具体数值。

📖【试题探源与推广】

Tip

*结论推广: 对于 ,只要点在圆上等分分布,其向量和为零向量。 *方法推广: 遇到类似向量序列求和问题,若通项具有旋转对称性,考虑向复数(单位根)或单位圆模型转化。

  • 相关知识点:数量积的几何意义、辅助角公式、单位圆性质。

🔗【关联脉络】

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