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[几何] 2017年理科 课标全国卷II 第12题 向量积最小

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isee Posted 2017-6-9 01:48 |Read mode
Last edited by hbghlyj 2025-5-3 21:402017年理科 课标全国卷II 第12题

已知$\triangle ABC$是边长为2的正三角形,$P$为平面$ABC$内一点,则$\vv{PA} \cdot (\vv{PB}+\vv{PC})$的最小值是____

如图,取BC中点D,则P为AD中点时,所求取最小,选B。当然,上坐标系也一定能搞定。

具体过程 by zhcosin,写得很顺爽——

\begin{align*}
\vv {PA}\cdot (\vv {PB}+\vv {PC})&=2\vv {PA}\cdot \vv {PD}\\
&=PA^2+PD^2-AD^2\\
&\geqslant 2\left(\frac {PA+PD}2\right)^2-AD^2\\
&\geqslant AD^2/2-AD^2\\
&=-\frac 12AD^2
\end{align*}


注,PA之类表平面几何中的线段。
PS:向量转化为三个平方的和差式,也称余弦定理的向量形式。



==============================

看20楼

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zhcosin Posted 2017-6-10 11:33
Last edited by hbghlyj 2025-5-3 21:45解答(成都-zhcosin, 2017-06-09)
取$BC$边中点为$D$,则$\vv{PB}+\vv{PC}=2\vv{PD}$,于是原式即为$2\vv{PA}\cdot \vv{PD}=PA^2+PD^2-AD^2 \geqslant \frac{1}{2}(PA+PD)^2 - AD^2 \geqslant \frac{1}{2}AD^2 -  AD^2 = - \frac{1}{2} AD^2 = -\frac{3}{2}$.

解答(成都-zhcosin, 2017-06-09)
把所有向量都用$\vv{AB}$和$\vv{AC}$来表示,设$\vv{PA}=x\vv{AB}+y\vv{AC}$,则$\vv{PB}=\vv{PA}+\vv{AB}=(1+x)\vv{AB}+y\vv{AC}$,$\vv{PC}=\vv{PA}+\vv{AC}=x\vv{AB}+(1+y)\vv{AC}$,于是
\begin{eqnarray*}
  \vv{PA} \cdot (\vv{PB}+\vv{PC}) & = & (x\vv{AB}+y\vv{AC}) \cdot ((1+2x)\vv{AB}+(1+2y)\vv{AC}) \\
                                  & = & x(1+2x)\vv{AB}^2+y(1+2y)\vv{AC}^2+(x+y+4xy)(\vv{AB} \cdot \vv{AC}) \\
                                  & = & 4x(1+2x)+4y(1+2y)+2(x+y+4xy) \\
  & = & 8x^2+8y^2+8xy+6x+6y
\end{eqnarray*}
为求此式最小值,作代换
\[ x=u+v, \  y=u-v \]
于是上式成为
\begin{eqnarray*}
  & & 8(u+v)^2+8(u-v)^2+8(u+v)(u-v)+12u \\
  & = & 24u^2+12u+8v^2 \\
  & \geqslant & 24u^2+12u \\
  & = & 24 \left( u+\frac{1}{4} \right)^2-\frac{3}{2} \geqslant -\frac{3}{2}
\end{eqnarray*}

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 Author| isee Posted 2017-6-10 12:41

    把几何解答的第二行代码丢上来呀,文字版的才能长期留存。。。

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乌贼 Posted 2017-6-10 13:30
我关注的是有什么几何意义

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 Author| isee Posted 2017-6-10 14:16
Last edited by isee 2017-6-10 16:01
我关注的是有什么几何意义
乌贼 发表于 2017-6-10 13:30

   可能应该 就是顶楼的几句话。。。。。。。。

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其妙 Posted 2017-6-10 15:31
正三角形条件改为:AB=1,AC=2,∠BAC=60度,所求式子不变,则本题最小值答案是多少?

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 Author| isee Posted 2017-6-10 16:01
正三角形条件改为:AB=1,AC=2,∠BAC=60度,所求式子不变,则本题最小值答案是多少? ...
其妙 发表于 2017-6-10 15:31
自已上坐标算,算了再……

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 Author| isee Posted 2017-6-10 16:01
正三角形条件改为:AB=1,AC=2,∠BAC=60度,所求式子不变,则本题最小值答案是多少? ...
其妙 发表于 2017-6-10 15:31

    正说,不其你出现呢。。。。

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敬畏数学 Posted 2017-6-10 16:14
此题跟三角形无关。最小值就是-1/2AD²。那么AD=1/2(AB+AC).OVER.最后玩这个啊啊

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其妙 Posted 2017-6-10 16:32
回复 10# 敬畏数学
方法是会的,我要结果

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其妙 Posted 2017-6-10 16:33
正说,不其你出现呢。。。。
isee 发表于 2017-6-10 16:01
被“zhcosin”发在qq群的链接引进来了

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zhcosin Posted 2017-6-10 16:39
回复 12# 其妙
其实我的那些帖子都是骗点击量的

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zhcosin Posted 2017-6-10 16:40
回复 4# isee
就这么几个字,都懒得敲呀。。。。

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 Author| isee Posted 2017-6-10 17:37
此题跟三角形无关。最小值就是-1/2AD²。那么AD=1/2(AB+AC).OVER.最后玩这个啊啊 ...
敬畏数学 发表于 2017-6-10 16:14

    特别是由 zhcosin 计算结果,这是显然的。。。。

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敬畏数学 Posted 2017-6-10 17:43
实在不行猜猜就得到答案。要这么多知识吗??

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 Author| isee Posted 2017-6-10 17:48
Last edited by isee 2017-6-10 17:54
回复  isee
就这么几个字,都懒得敲呀。。。。
zhcosin 发表于 2017-6-10 16:40

     好吧,我转述下。

     自顶楼取 BC的中点D后——(by zhcosin)

\begin{align*}
\vv {PA}\cdot (\vv {PB}+\vv {PC})&=2\vv {PA}\cdot \vv {PD}\\
&=PA^2+PD^2-AD^2\\
&\geqslant 2\left(\frac {PA+PD}2\right)^2-AD^2\\
&\geqslant AD^2/2-AD^2\\
&=-\frac 12AD^2
\end{align*}


注,PA之类表平面几何中的线段。
PS:向量转化为三个平方的和差式,也称余弦定理的向量形式。

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zhcosin Posted 2017-6-10 21:52
Last edited by zhcosin 2017-6-10 22:28回复 17# isee
原来你是说要 LaTeX 代码,早说直接给你了。。。。
另外整个文档的 LaTeX 源码可以在这里找到: https://github.com/zhcosin/gaokao-math-questions

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 Author| isee Posted 2017-6-10 23:13
回复  isee
原来你是说要 LaTeX 代码,早说直接给你了。。。。
另外整个文档的 LaTeX 源码可以 ...
zhcosin 发表于 2017-6-10 21:52

    {:kiss:}

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色k Posted 2017-6-10 23:38
回复 1# isee

可以更顺爽——
\begin{align*}
\vv {PA}\cdot (\vv {PB}+\vv {PC})&=2\vv {PA}\cdot \vv {PD}\\
&=\frac{(\vv{PA}+\vv{PD})^2-(\vv{PA}-\vv{PD})^2}2\\
&\geqslant-\frac12AD^2.
\end{align*}

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isee + 1 妙啊

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 Author| isee Posted 2017-6-11 00:10
回复  isee

可以更顺爽——
\begin{align*}
\vv {PA}\cdot (\vv {PB}+\vv {PC})&=2\vv {PA}\cdot \vv {P ...
色k 发表于 2017-6-10 23:38
这不等式玩得真溜。。。。。。爽歪歪。。

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