本题导读
本题考查平面向量的模、数量积运算及其代数恒等变形。题目给出了三个连续相连向量的模的和与积,以及它们之间两两垂直的数量积关系,要求解一个复合向量的数量积,需要通过将目标式利用向量乘法分配律展开,代入已知条件消元。
📌【题干】
Question
(2007年重庆卷(理)) 如图,在四边形 中, , , ,则 的值为()
A. 2 B. C. 4 D.
🔍【思路分析】
破题导航
- 字母参数化简代数式:
- 为了让书写清晰简练、规避繁琐的字母, 设三个向量的模长正数分别为: 。
- 将已知的两个数值方程转化为代数方程组:
- 联立代数方程组求解模长:
- 将①式变形为 , 整体代入②式中。
- 得到关于 的一元二次方程 。
- 解得 , 从而代回求得 。
- 展开目标数量积式:
目标式为 。
根据向量的三角形加法法则, 将其中的 顺次拆解为沿已知骨架垂直路径行进的向量: 。
将拆解后的式子代回目标式, 利用向量乘法分配律完全展开。代入已知垂直关系(点积为 0)和平方关系(点积等于模的平方), 化简求出最终常数值。
✅【答案】
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C
✍【详细解析】
Abstract
解:为了使整个推导过程清晰、严密、极简化, 设三个关联骨架向量的模长分别为正数 : 根据题目给定的两个模长代数关系, 建立方程组:
由①式移项可得, 两个端边模长的和为: 将②式提取公因式 , 并将③式整体代入其中消元: 展开一元二次方程: 利用完全平方公式进行因式分解: 将 代回③式中, 得到两端边模长之和为:
下面对需要求解的目标数量积式进行代数重构。目标式为: 根据向量首尾相接的三角形/多边形加法法则, 路径 可以顺次沿折线分解拆表示为:
将此路径拆解式代回目标数量积 中: 利用向量数量积的乘法分配律, 将两个括号里的多项式完全交叉展开:
题目中给出了明确的刚性两两垂直垂直条件: 且 。 观察图像几何特征, 直线 且 , 说明在同一平面内, 直线 。 既然向量 与 方向完全一致且平行, 它们夹角为 0°。 因此, 它们的数量积点积直接等于模长的乘积:
同时, 依据向量自点积性质, 向量的平方等于其模长的平方: 。 将这些代数转换全额代回展开后的 式中(消去含 的垂直零项): 利用完全平方公式进行代数归拢:
直接将前面由方程组解出的核心恒等块④式 代入其中:
故选:C。
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
- 核心考点:向量多边形路径大拆分法则( )、向量乘法分配律、平行同向向量点积等于模相乘。
- 核心方法:变量参数化方程消元法、核心恒等块( )整体代入法。
- 避坑指南:
- 本题属于高分压轴选择题,最核心的破局命门在于把 拆开。如果不拆开, 试图去求四边形各个内角或强行用余弦定理去算线段, 会因为条件不足陷入死胡同。 记住解析几何和向量大题中,“沿骨架路径拆分向量”是百试百灵的无敌大招。
📖【试题探源与推广】
Tip
试题探源:向量的模与向量的代数四则运算、向量的数量积(点积)与垂直是重庆卷(理)选择题/填空题的常考角度,同型题见下方类题演练。 结论推广:本题落点是向量的模与向量的代数四则运算、向量的数量积(点积)与垂直的核心结论,解题时先明确其定义与适用条件,再代值计算。 方法推广:采用数量积乘法分配律展开法、代数方程消元法,注意先判断题型特征再选择对应方法,避免生搬硬套。
🔗【关联脉络】
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