题目内容

已知⊙O的直径为10,AB是⊙O的一条直径,长为20的线段MN的中点P在⊙O上运动(异于A、B两点).
(Ⅰ)求证:
AM
•
BN
与点P在⊙O上的位置无关;
(Ⅱ)当
MN
与
AB
的夹角θ取何值时,
AM
•
BN
有最大值.
分析:(Ⅰ)由AB为⊙O的直径得
AP
•
BP
=0
,利用向量的加法和减法运算来表示
AM
•
BN
,由向量数量积的运算和条件进行化简;
(Ⅱ)根据(Ⅰ)化简的结果和向量夹角的范围,求出夹角的余弦值的最大值代入,求出两个向量数量积的最大值.
解答:证明:(Ⅰ)∵AB为⊙O的直径,P为圆上一点,∴AP⊥BP,
∴
AP
⊥
BP
,则
AP
•
BP
=0
,
∵P为MN的中点,且|
MN
|
=20,∴
MP
=
PN
,
|MP|
= |
PN
|=10
,
∴
AM
•
BN
=(
AP
+
PM
)(
BP
+
PN
)=(
AP
-
PN
)(
BP
+
PN
)
=
AP
•
BP
+
AP
•
PN
-
PN
•
BP
-
PN
•
PN

=
PN
(
AP
-
BP
)-100=
1
2
MN
•
AB
-100,
∴
AM
•
BN
仅与
MN
•
AB
的夹角有关,而与点P在⊙O上的位置无关;
解:(Ⅱ)由(Ⅰ)得,
AM
•
BN
=
1
2
MN
•
AB
-100=100cosθ-100,
∵0≤θ<π,∴当θ=0时,
AM
•
BN
取最大值为0.
点评:本题考查了利用向量的线性运算和数量积运算,进行向量式子的求值和求解,主要根据图形的特点和条件进行转化,进而利用条件和夹角的范围求出式子的值.
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