本题导读

本题考查平面向量的坐标线性运算、数量积为零的垂直判定法,以及利用辅助角公式求解三角函数型向量模的最值。

📌【题干】

Question

(2006年全国卷II(理)) 已知向量 , , .

(1) 若 ,求 ;

(2) 求 的最大值.

🔍【思路分析】

破题导航

第一问:根据两向量垂直的充要条件 ,代入坐标写出方程 。利用辅助角公式化简为单弦形式,结合给定区间解出角 。 第二问:先求出和向量 的坐标,根据模长公式将其表示为关于 的三角函数根式。利用同角三角函数关系以及辅助角公式进行降幂合并,最终利用 的取值范围确定正弦函数的最大值。

✅【答案】

Success

(1) ;

(2)

✍【详细解析】

Abstract

解:(1) 因为 , ,且 , 所以 。 根据向量数量积的坐标运算法则可得: 。

运用辅助角公式进行合成,两边同时乘以 (或提取振幅 2): 得 。 从而: 得 。

因为已知 ,不等式各部分同时加上 以锁定新相角的范围: 得 。 在此区间内,正弦值为 0 的角只有 0,即: 得 。

(2) 首先求出和向量 的坐标表示: 得 。

根据平面向量模的坐标计算公式,可得: 。 展开多项式: 得 。 利用同角三角函数平方和恒等式 进行常数合并: 得 。 即 。

再次运用辅助角公式,将括号内的三角函数式合成单弦型: 得 。 代入可得模的平方解析式为: 得 。

因为 ,由(1)可知新相角的取值范围为: 得 。 在此范围内,当 (即 )时,正弦函数取得最大值 1: 得 。

此时,模的平方取得最大值: 得 。 对两边开平方,可得目标模长的最大值为: 得 。

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

  • 核心考点:平面向量垂直的坐标积条件()、辅助角公式的振幅合成、三角函数在开区间内的最值。
  • 核心方法:两角和差合成法、代数化简法。
  • 避坑指南:
  • 第一问求出范围边界时,注意 ,切勿心算错误。
  • 第二问中由于含有根式,通常先对模长进行平方处理(即算 ),在最后一步求出 9 后,切记要开方还原为 3,避免由于漏掉开方而误写成 9。

📖【试题探源与推广】

Tip

试题探源: 本题是典型的平面向量与三角恒等变换深度交汇的解答题,通常作为高考解答题的第一道或第二道基础题,旨在考查对工科代数多项式化简的准确度。 结论推广: 对于任意两个向量 , ,其和向量模的平方恒满足二次型特征表达式 ,后续通过辅助角公式可统一化为 的最值标准形态。

🔗【关联脉络】

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