本题导读
本题核心考查平面向量性质在三角形“五心”中的综合应用。通过利用垂心和外心的几何垂直关系与等长关系进行数量积推导,或利用特殊三角形直接求解。
📌【题干】
Question
(2005年全国卷I(理)) 的外接圆的圆心为 ,两条边上的高的交点为 ,,则实数 .
🔍【思路分析】
破题导航
- 特殊化法:由于结论对任意三角形均成立,可构造满足条件的特殊三角形(如等腰直角三角形),通过建系直接写出各点坐标,代入计算 。
- 一般向量法:利用外心 满足 ,垂心 满足 ,通过向量拆分与数量积运算推导 。
✅【答案】
Success
1
✍【详细解析】
Abstract
解法一(特殊化法): 设 为等腰直角三角形,且 。 以斜边 的中点为原点 建立直角坐标系,设外接圆半径为 1。 则各点坐标分别为:,,,。 因为 是直角三角形,其两边高的交点(垂心) 恰好与直角顶点 重合,即 。
此时各相关向量为:
将其代入已知等式的右侧括号内部分:
由 可得:
解法二(一般向量法): 因为 是 的垂心,所以 。 根据向量的减法,有 ,。 将 代入得:
代入数量积方程中:
因为 为 的外心,所以 (外接圆半径),即 。 式子化简为:
由于该结论对任意三角形均成立,而 在非等腰三角形中不为 0, 因此必有 。
答案:1
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
- 核心考点:三角形垂心的向量运算特征(西尔维斯特定理:)。
- 核心方法:特殊值/特殊图形代入法(对求解选择、填空题中的结构常量极其高效)。
- 避坑指南:避免盲目展开非特殊三角形的复杂代数坐标,外心与垂心的核心几何特征分别是“等距”与“垂直”,紧扣这两个性质用数量积表达即可规避冗长繁琐的计算。
📖【试题探源与推广】
Tip
- 试题探源:本题源于经典平面几何中的欧拉线定理(Euler’s line)。在任意三角形中,外心 、重心 、垂心 三点共线,且满足向量关系 。
- 结论推广:由重心性质已知 ,可推导出 。结合欧拉线定理 ,直接可得通用恒等式 。
🔗【关联脉络】
Multi column