题目内容

10.已知半径为1的球O内切于正四面体A-BCD,线段MN是球O的一条动直径(M,N是直径的两端点),点P是正四面体A-BCD的表面上的一个动点,则$\overrightarrow{PM}•\overrightarrow{PN}$的取值范围是[0,8].

分析 运用向量的加减运算和数量积的性质:向量的平方即为模的平方,讨论P位于切点E和顶点时分别取得最值,即可得到所求取值范围.

解答 解:由题意M,N是直径的两端点,可得$\overrightarrow{OM}$+$\overrightarrow{ON}$=$\overrightarrow{0}$,$\overrightarrow{OM}$•$\overrightarrow{ON}$=-1,
则$\overrightarrow{PM}•\overrightarrow{PN}$=($\overrightarrow{PO}$+$\overrightarrow{OM}$)•($\overrightarrow{PO}$+$\overrightarrow{ON}$)=$\overrightarrow{PO}$2+$\overrightarrow{PO}$•($\overrightarrow{OM}$+$\overrightarrow{ON}$)+$\overrightarrow{OM}$•$\overrightarrow{ON}$
=$\overrightarrow{PO}$2+0-1=$\overrightarrow{PO}$2-1,
即求正四面体表面上的动点P到O的距离的范围.
当P位于E(切点)时,OP取得最小值1;
当P位于A处时,OP即为正四面体外接球半径最大即为3.
设正四面体的边长为a,由O为正四面体的中心,
可得直角三角形ABE中,AE=$\frac{\sqrt{6}}{3}$a,BE=$\frac{\sqrt{3}}{3}$a,OE=$\frac{\sqrt{6}}{12}$a,AO=$\frac{\sqrt{6}}{4}$a,
综上可得$\overrightarrow{PO}$2-1的最小值为1-1=0,最大值为9-1=8.
则$\overrightarrow{PM}•\overrightarrow{PN}$的取值范围是[0,8].
故答案为:[0,8].

点评 本题考查向量在几何中的运用,考查向量的加减运算和数量积的性质,考查运算能力,属于中档题.

练习册系列答案
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1.为响应阳光体育运动的号召,某县中学生足球活动正如火如荼的开展,该县为了解本县中学生的足球运动状况,根据性别采取分层抽样的方法从全县24000名中学生(其中男生14000人,女生10000人)中抽取120名,统计他们平均每天足球运动的时间,如表:(平均每天足球运动的时间单位为小时,该县中学生平均每天足球运动的时间范围是[0,3])
男生平均每天足球运动的时间分布情况:
平均每天足球运动的时间[0,0.5)[0.5,1)[1,1.5)[1.5,2)[2,2.5)[2.5,3]
人数23282210x
女生平均每天足球运动的时间分布情况:
平均每天足球运动的时间[0,0.5)[0.5,1)[1,1.5)[1.5,2)[2,2.5)[2.5,3]
人数51218103y
(Ⅰ)请根据样本估算该校男生平均每天足球运动的时间(结果精确到0.1);
(Ⅱ)若称平均每天足球运动的时间不少于2小时的学生为“足球健将”.低于2小时的学生为“非足球健将”.
①请根据上述表格中的统计数据填写下面2×2列联表,并通过计算判断,能否有90%的把握认为是否为“足球健将”与性别有关?
足球健将非足球健将总  计
男  生
女  生
总  计
②若在足球活动时间不足1小时的男生中抽取2名代表了解情况,求这2名代表都是足球运动时间不足半小时的概率.
参考公式:${K^2}=\frac{{n{{(ad-bc)}^2}}}{(a+b)(c+d)(a+c)(b+d)}$,其中n=a+b+c+d.
P(K2>k00.500.400.250.150.100.050.0250.010
  k00.4550.7081.3232.0722.7063.8415.0246.635

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