本题导读
本题考查平面向量的数量积性质,以及向量垂直的充要条件。
📌【题干】
Question
(2004年福建卷(理)) 已知 、 是非零向量且满足 , ,则 与 的夹角是 ()
A. B. C. D.
🔍【思路分析】
破题导航
- 转化垂直条件为数量积方程:
- 根据向量垂直的充要条件,两向量垂直等价于它们的数量积严格为 0。
- 由 。
- 同理,由 。
- 推导模长对称性与夹角余弦值:
- 观察上述两个方程,发现它们均包含公共项 ,通过等量代换可直接推导出两向量模长相等,即 。
- 将该模长相等关系重新代回任意一个方程中,利用定义式 展开,消除模长参数后即可算出 的值,从而确定夹角。
✅【答案】
Success
B
✍【详细解析】
Abstract
第一步:由垂直条件建立数量积方程组 根据平面向量垂直的充要条件,非零向量的内积必为 0:
- 因为 ,所以: 代入向量自身数量积等于模长平方的性质 ,且数量积满足交换律 :
- 同理,因为 ,所以:
第二步:推导模长关系与夹角计算 观察(式1)与(式2)的左端项完全相同,根据传递性可得: 因为向量模长恒为非负数,两边开平方得两向量的模长完全相等:
设 与 的夹角为 (其中 ),根据平面向量数量积的定义式: 将 代入其中,将数量积完全齐次化为由模长 表达的结构:
将(式3)的代数式重新代回(式1)的方程中: 因为 是非零向量,所以其模长平方 ,方程两边同时除以 进行消项:
由于向量夹角的定义域被严格限制在区间 内,在该闭区间内满足余弦值为 的特殊角唯一存在:
故选 B
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
- 核心考点:向量垂直等价于内积为零的度量映射;数量积满足的分配律与交换律基本功;数量积定义式 中特征量相互代换的齐次消元法。
- 核心方法:代数方程消元法、对称结构等量代换法。
- 避坑指南:
- 将垂直条件的公式展开时弄错系数:部分学生在展开 时,容易受完全平方公式的思维定势干扰,错算成 ,这是对多项式点积分配律理解不透彻导致的。请牢记单项式乘以多项式的分配规则,无需引入第三方平方项。
- 错把夹角算成 或者是负值:熟记特殊角三角函数值, ,而 ,防止因记忆混淆导致功亏一篑。
📖【试题探源与推广】
Tip
- 试题探源: 本题是考查平面向量度量性质(内积空间正交投影特征)的标准大纲经典选择题,属于低难度基础技巧题。
- 结论推广: 向量 在 方向上的投影长为 。条件 即表示该投影长等于 。
🔗【关联脉络】
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