每日一题[754]向量的“换底公式”

已知坐标平面上的凸四边形ABCD满足AC=(1,3)BD=(3,1),那么ABCD的取值范围是_______.


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正确答案是[2,0)

分析与解 因为ABCD为凸四边形,所以ACBD交于四边形内一点,记为M,利用“向量的换底公式”统一起点为M,得ABCD=(MBMA)(MDMC)=MBMD+MAMCMBMCMAMD.

AM=λAC,BM=μBD,则λ,μ(0,1),且MA=λAC,MC=(1λ)AC,MB=μBD,MD=(1μ)BD,
又因为ACAC=BDBD=4,ACBD=0,
所以有ABCD=4μ(1μ)4λ(1λ)[2,0),
当且仅当λ=μ=12时,ABCD取到最小值2

 由于本题中AC,BD互相垂直,统一起点后可以直接得到取值范围,本题中后面的计算是针对一般情形的.

对于本题的特殊情况,因为对角线ACBD,且AC=BD=2,可以直接以它们的交点M为坐标原点重新建系,以AC,BD所在直线的坐标轴,就可以得到A,B,C,D四点的坐标可以依次设为(a,0),(0,b),(a+2,0),(0,b+2),从而有ABCD=(a,b)(a2,b+2)=a(a+2)+b(b+2),

a(a+2)<0,b(b+2)<0(因为点A,B与点C,D分别在原点M的两侧),即a(2,0),b(2,0),所以ABCD=a(a+2)+b(b+2)[2,0).

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