本题导读

本题考查平面向量的线性运算与模长。核心在于变量代换(引参法)、向量基底拆解法的灵活运用。

📌【题干】

Question

(2021年天津卷)15.在边长为 的等边三角形 中, 为线段 上的动点, 且交 于点 . 且交 于点 。

则 的值为____________;

的最小值为____________.

🔍【思路分析】

破题导航

面对几何图形上的动点问题,首选的通用策略是**“代数化”**——即找一个合适的线段设为未知数 ,然后把所有要求的量都用 表达出来。

1. 几何尺寸的代数化:

设 。因为动点 在 上,且 在 上,显然 的取值范围是 。

在 中,,很容易利用三角函数求出 ,。

由于 ,所以 也是等边三角形,其边长即为 。

这样,图形中所有关键线段的长度就全都知道了!

2. 核心解题策略:

  • 第一空:观察向量方向。 和 都在什么方向上?你会发现它们不仅平行,而且同向!这可以直接脱去绝对值,快速求解。
  • 第二空:处理向量点乘 时,最怕直接硬算夹角。高级的技巧是**“拆解法”**:把未知的 拆成已知路径 ,利用 产生 这一天然优势,大幅简化计算。

✅【答案】

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① ; ②

✍【详细解析】

Abstract

基础准备(统一变量):

设 ,其中 。

在等边 中,。

因为 ,在 中,。

所以:,。

由此可得:。

因为 ,所以 ,故 也是边长为 的等边三角形。

所以 。

💡 快速求解解法(几何直观法)

观察方向:因为 在 上, 的方向是从 指向 (即与 同向)。

因为 , 在下 在上, 的方向同样等同于从 指向 的方向。

既然 和 共线且同向,那么它们和的模,就直接等于模的和!

。

(原解析用平方展开法 当然也对,但耗时更长,且容易算错角度)

💡 破局关键:利用垂直关系拆分

直接求 的模和夹角非常复杂。我们采用**“向量拆分法”**,将 沿着垂直方向拆成 。

原式

此时见证奇迹的时刻到了,消去两项:

  1. 因为 ,且 都在 直线上,所以 ,即 。
  1. 因为 ,所以 ,即 。

代入消项后,原式被极大地简化为:

原式

现在分别计算这两部分:

  • 。
  • :
  • 方向判断:如前所述, 与 同向;而 也是从 指向 ,与 同向。两者夹角为 。
  • 故 。

将两部分相加,构造关于 的二次函数:

求二次函数最值:

将其配方:

因为 ,而对称轴 恰好落在该区间内。

所以当 时,二次函数取得最小值 。

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

  1. 方向判定错误导致正负号出错:在计算 时,很多同学只求了模长相乘,忽略了夹角判定。如果 改成 ,那么它们的夹角就是 ,点乘结果就会多一个负号。做向量点乘,一定要先画图确认“箭头”是否指同侧。
  1. 定义域遗漏:在得出二次函数 后,必须检验对称轴 是否在动点允许的取值范围 内。如果不在此范围内,则需要在区间端点处取得极值。

📖【试题探源与推广】

Tip

  1. 试题探源:待补
  1. 结论推广:待补

🔗【关联脉络】

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