106_02M_q13
106 學測數學 第 13 題
📅 106 年 📝 學測數學 第 13 題 題型:多選 課綱:99課綱
空間中有一四面體 $ABCD$。假設 $\overline{AD}$ 分別與 $\overline{AB}$ 和 $\overline{AC}$ 垂直,請選出正確的選項。
  1. $\overset{\large\rightharpoonup}{DB} \cdot \overset{\large\rightharpoonup}{DC} = \overline{DA}^2 - \overset{\large\rightharpoonup}{AB} \cdot \overset{\large\rightharpoonup}{AC}$
  2. 若 $\angle BAC$ 是直角,則 $\angle BDC$ 是直角
  3. 若 $\angle BAC$ 是銳角,則 $\angle BDC$ 是銳角
  4. 若 $\angle BAC$ 是鈍角,則 $\angle BDC$ 是鈍角
  5. 若 $\overline{AB} < \overline{AD}$ 且 $\overline{AC} < \overline{AD}$,則 $\angle BDC$ 是銳角
空間幾何空間向量空間向量與空間中的直線與平面
答案

$3,5$

多選題

詳解
我們將向量分解以進行推導。已知 $\overset{\large\rightharpoonup}{AD} \cdot \overset{\large\rightharpoonup}{AB} = 0$ 且 $\overset{\large\rightharpoonup}{AD} \cdot \overset{\large\rightharpoonup}{AC} = 0$。 將 $\overset{\large\rightharpoonup}{DB}$ 與 $\overset{\large\rightharpoonup}{DC}$ 表示為: - $\overset{\large\rightharpoonup}{DB} = \overset{\large\rightharpoonup}{AB} - \overset{\large\rightharpoonup}{AD}$ - $\overset{\large\rightharpoonup}{DC} = \overset{\large\rightharpoonup}{AC} - \overset{\large\rightharpoonup}{AD}$ 1. 計算內積: $$\overset{\large\rightharpoonup}{DB} \cdot \overset{\large\rightharpoonup}{DC} = (\overset{\large\rightharpoonup}{AB} - \overset{\large\rightharpoonup}{AD}) \cdot (\overset{\large\rightharpoonup}{AC} - \overset{\large\rightharpoonup}{AD}) = \overset{\large\rightharpoonup}{AB} \cdot \overset{\large\rightharpoonup}{AC} - \overset{\large\rightharpoonup}{AB} \cdot \overset{\large\rightharpoonup}{AD} - \overset{\large\rightharpoonup}{AD} \cdot \overset{\large\rightharpoonup}{AC} + |\overset{\large\rightharpoonup}{AD}|^2$$ 由於垂直條件,簡化為: $$\overset{\large\rightharpoonup}{DB} \cdot \overset{\large\rightharpoonup}{DC} = \overline{DA}^2 + \overset{\large\rightharpoonup}{AB} \cdot \overset{\large\rightharpoonup}{AC}$$ 故選項 $(1)$ 為負號 $-\overline{DA}^2$,是錯誤的。 2. 檢驗角度: - 若 $\angle BAC$ 是直角 $\implies \overset{\large\rightharpoonup}{AB} \cdot \overset{\large\rightharpoonup}{AC} = 0 \implies \overset{\large\rightharpoonup}{DB} \cdot \overset{\large\rightharpoonup}{DC} = \overline{DA}^2 > 0$,故 $\angle BDC$ 為銳角。$(2)$ 錯誤。 - 若 $\angle BAC$ 是銳角 $\implies \overset{\large\rightharpoonup}{AB} \cdot \overset{\large\rightharpoonup}{AC} > 0 \implies \overset{\large\rightharpoonup}{DB} \cdot \overset{\large\rightharpoonup}{DC} = \overline{DA}^2 + \overset{\large\rightharpoonup}{AB} \cdot \overset{\large\rightharpoonup}{AC} > 0$,故 $\angle BDC$ 必為銳角。$(3)$ 正確。 - 若 $\angle BAC$ 是鈍角 $\implies \overset{\large\rightharpoonup}{AB} \cdot \overset{\large\rightharpoonup}{AC} < 0$,但若 $\overline{DA}$ 足夠大,其內積仍可能為正,即 $\angle BDC$ 可為銳角。$(4)$ 錯誤。 - 若 $\overline{AB} < \overline{AD}$ 且 $\overline{AC} < \overline{AD}$,由柯西不等式: $$|\overset{\large\rightharpoonup}{AB} \cdot \overset{\large\rightharpoonup}{AC}| \le \overline{AB} \cdot \overline{AC} < \overline{AD} \cdot \overline{AD} = \overline{DA}^2 \implies \overset{\large\rightharpoonup}{AB} \cdot \overset{\large\rightharpoonup}{AC} > -\overline{DA}^2$$ 因此 $\overset{\large\rightharpoonup}{DB} \cdot \overset{\large\rightharpoonup}{DC} = \overline{DA}^2 + \overset{\large\rightharpoonup}{AB} \cdot \overset{\large\rightharpoonup}{AC} > 0$,故 $\angle BDC$ 必為銳角。$(5)$ 正確。 故選 $(3)(5)$。

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。