098_07A_q05
98 指考數學甲 第 5 題
📅 98 年 📝 指考數學甲 第 5 題 題型:多選 課綱:99課綱
在坐標空間中,一正立方體的八個頂點分別為 $(0,0,0)$、 $(1,0,0)$、 $(1,1,0)$、 $(0,1,0)$、 $(0,0,1)$、 $(1,0,1)$、 $(1,1,1)$ 與 $(0,1,1)$。若 $A$、 $B$ 分別為此正立方體兩稜邊的中點,則向量 $\overset{\large\rightharpoonup}{AB}$ 可能為下列哪些選項?
  1. $(1,0,0)$
  2. $(\dfrac{1}{2},0,0)$
  3. $(\dfrac{1}{2},0,1)$
  4. $(0,\dfrac{1}{2},-\dfrac{1}{2})$
空間坐標系空間向量運算空間向量空間向量與空間中的直線與平面
解題手法坐標化〔AI 推測〕
答案

$(1)(4)$

多選題

詳解
正立方體邊長為 $1$,共有 $12$ 條稜邊。任何稜邊上的中點,其坐標必有兩個分量為 $0$ 或 $1$,剩下一個分量為 $\dfrac{1}{2}$。 我們來檢驗各選項是否可能: - **選項 (1)**:若 $A$ 取在平行 $y$ 軸的稜邊中點 $(0, \dfrac{1}{2}, 0)$, $B$ 取在平行 $y$ 軸的另一稜邊中點 $(1, \dfrac{1}{2}, 0)$。此時: $\overset{\large\rightharpoonup}{AB} = (1, \dfrac{1}{2}, 0) - (0, \dfrac{1}{2}, 0) = (1, 0, 0)$,故選項 (1) 可能。 - **選項 (2)**:若 $\overset{\large\rightharpoonup}{AB} = (\dfrac{1}{2}, 0, 0)$。因為起點 $A$ 與終點 $B$ 的 $x$ 坐標差為 $\dfrac{1}{2}$,這意味著其中一個點的 $x$ 坐標為 $\dfrac{1}{2}$(即該點在平行於 $x$ 軸的稜邊中點上,坐標形如 $(\dfrac{1}{2}, y_1, z_1)$,其中 $y_1, z_1 \in \{0,1\}$),而另一個點的 $x$ 坐標為 $0$ 或 $1$(即該點在平行於 $y$ 或 $z$ 軸的稜邊中點上,坐標形如 $(x_2, \dfrac{1}{2}, z_2)$ 或 $(x_2, y_2, \dfrac{1}{2})$)。 若 $B$ 的 $x$ 坐標為 $\dfrac{1}{2}$(即 $B = (\dfrac{1}{2}, y_1, z_1)$), $A$ 的 $x$ 坐標為 $0$(即 $A = (0, \dfrac{1}{2}, z_2)$ 或 $A = (0, y_2, \dfrac{1}{2})$)。 此時,因為 $y$ 與 $z$ 分量的差值必須為 $0$: - 若 $A = (0, \dfrac{1}{2}, z_2)$: $y$ 分量之差為 $y_1 - \dfrac{1}{2} = 0 \implies y_1 = \dfrac{1}{2}$,這與 $y_1 \in \{0, 1\}$ 矛盾。 因此,選項 (2) 不可能。 - **選項 (3)**:同理,若 $\overset{\large\rightharpoonup}{AB} = (\dfrac{1}{2}, 0, 1)$。由於 $y$ 分量差為 $0$,同上分析會導致矛盾。故選項 (3) 不可能。 - **選項 (4)**:若 $A$ 取在平行 $z$ 軸的稜邊中點 $(0, 1, \dfrac{1}{2})$, $B$ 取在平行 $y$ 軸的稜邊中點 $(0, \dfrac{1}{2}, 0)$。此時: $\overset{\large\rightharpoonup}{AB} = (0, \dfrac{1}{2}, 0) - (0, 1, \dfrac{1}{2}) = (0, -\dfrac{1}{2}, -\dfrac{1}{2})$。 由於 $A, B$ 的角色可以互換,或是透過對稱稜邊(如 $A = (0, \dfrac{1}{2}, 1)$ 且 $B = (0, 1, \dfrac{1}{2})$): $\overset{\large\rightharpoonup}{AB} = (0, 1, \dfrac{1}{2}) - (0, \dfrac{1}{2}, 1) = (0, \dfrac{1}{2}, -\dfrac{1}{2})$。 故選項 (4) 可能。 綜上所述,正確選項為 $(1)(4)$。

題目來源:大學入學考試中心公開試題。

解析狀態:本解析由 AI 輔助產出,未經人工審核,非官方詳解,僅供學習參考。如與官方公告不同,請以官方公告為準。