题目内容

已知|
a
|=1
,|
b
|=2
,
a
,
b
的夹角为
π
3
,试求:
(1)
a
+
b
与
a
-
b
夹角的余弦值.
(2)使向量
a
+λ
b
与λ
a
-
b
的夹角为钝角时,λ的取值范围.
∵|
a
|=1
,|
b
|=2
,
a
、
b
的夹角为
π
3
,
∴
a
•
b
=|
a
|×|
b
|cos
π
3
=1
(1)∵(
a
+
b
)2=
a
2
+2
a
•
b
+
b
2
=1+2×1+4=7,(
a
-
b
)2=
a
2
-2
a
•
b
+
b
2
=1-2×1+4=3,
∴|
a
+
b
|=
7
,|
a
-
b
|=
3

设
a
+
b
与
a
-
b
的夹角为α,则
cosα=
(
a
+
b
)(
a
-
b
)
|
a
+
b
|•|
a
-
b
|
=
1-4
7
×
3
=-
21
7
,
即
a
+
b
与
a
-
b
夹角的余弦值等于-
21
7

(2)根据题意,不存在λ值,使向量
a
+λ
b
与λ
a
-
b
的夹角为π,
∴向量
a
+λ
b
与λ
a
-
b
的夹角为钝角时,可得
(
a
+λ
b
)(λ
a
-
b
)<0,即λ
a
2
+(λ2-1)
a
•
b
-λ
b
2
<0
将|
a
|=1
,|
b
|=2
和
a
•
b
=1代入,可得
λ+(λ2-1)-4λ<0,整理得λ2-3λ-1<0
解这个不等式,得
3-
13
2
<λ<
3+
13
2

因此λ的取值范围是(
3-
13
2
,
3+
13
2
).
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