106指考數學甲多選第5題詳解

📅 106 年 📝 指考數學甲 第 5 題 題型:多選 課綱:99課綱

答案與本題考點

答案:$(2)(3)$

本題考點:向量垂直、向量內積、平面向量、設未知數

題目

設 $\overset{\large\rightharpoonup}{u}$ 與 $\overset{\large\rightharpoonup}{v}$ 為兩非零向量,夾角為 $120^\circ$。若 $\overset{\large\rightharpoonup}{u}$ 與 $\overset{\large\rightharpoonup}{u} + \overset{\large\rightharpoonup}{v}$ 垂直,試選出正確的選項。
  1. $\overset{\large\rightharpoonup}{u}$ 的長度是 $\overset{\large\rightharpoonup}{v}$ 的長度的 $2$ 倍
  2. $\overset{\large\rightharpoonup}{v}$ 與 $\overset{\large\rightharpoonup}{u} + \overset{\large\rightharpoonup}{v}$ 的夾角為 $30^\circ$
  3. $\overset{\large\rightharpoonup}{u}$ 與 $\overset{\large\rightharpoonup}{u} - \overset{\large\rightharpoonup}{v}$ 的夾角為銳角
  4. $\overset{\large\rightharpoonup}{v}$ 與 $\overset{\large\rightharpoonup}{u} - \overset{\large\rightharpoonup}{v}$ 的夾角為銳角
  5. $\overset{\large\rightharpoonup}{u} + \overset{\large\rightharpoonup}{v}$ 的長度大於 $\overset{\large\rightharpoonup}{u} - \overset{\large\rightharpoonup}{v}$ 的長度
向量垂直向量內積平面向量
解題手法設未知數〔AI 推測〕

答案

答案

$(2)(3)$

詳解

詳解
1. 設 $\overset{\large\rightharpoonup}{u}$ 與 $\overset{\large\rightharpoonup}{v}$ 的夾角為 $120^\circ$,則內積 $$\overset{\large\rightharpoonup}{u}\cdot\overset{\large\rightharpoonup}{v}=|\overset{\large\rightharpoonup}{u}||\overset{\large\rightharpoonup}{v}|\cos 120^\circ=-\frac{1}{2}|\overset{\large\rightharpoonup}{u}||\overset{\large\rightharpoonup}{v}|$$ 2. 因為 $\overset{\large\rightharpoonup}{u}\perp(\overset{\large\rightharpoonup}{u}+\overset{\large\rightharpoonup}{v})$,所以 $$\overset{\large\rightharpoonup}{u}\cdot(\overset{\large\rightharpoonup}{u}+\overset{\large\rightharpoonup}{v})=|\overset{\large\rightharpoonup}{u}|^2+\overset{\large\rightharpoonup}{u}\cdot\overset{\large\rightharpoonup}{v}=|\overset{\large\rightharpoonup}{u}|^2-\frac{1}{2}|\overset{\large\rightharpoonup}{u}||\overset{\large\rightharpoonup}{v}|=0$$ 因為 $\overset{\large\rightharpoonup}{u}$ 為非零向量,除以 $|\overset{\large\rightharpoonup}{u}|$ 得 $|\overset{\large\rightharpoonup}{u}|=\frac{1}{2}|\overset{\large\rightharpoonup}{v}|$,即 $|\overset{\large\rightharpoonup}{v}|=2|\overset{\large\rightharpoonup}{u}|$。 選項 $(1)$:$\overset{\large\rightharpoonup}{u}$ 的長度是 $\overset{\large\rightharpoonup}{v}$ 的 $\frac{1}{2}$ 倍,不是 $2$ 倍。錯誤。 選項 $(2)$:計算 $\overset{\large\rightharpoonup}{v}\cdot(\overset{\large\rightharpoonup}{u}+\overset{\large\rightharpoonup}{v})$: $$\overset{\large\rightharpoonup}{v}\cdot(\overset{\large\rightharpoonup}{u}+\overset{\large\rightharpoonup}{v})=\overset{\large\rightharpoonup}{u}\cdot\overset{\large\rightharpoonup}{v}+|\overset{\large\rightharpoonup}{v}|^2=-\frac{1}{4}|\overset{\large\rightharpoonup}{v}|^2+|\overset{\large\rightharpoonup}{v}|^2=\frac{3}{4}|\overset{\large\rightharpoonup}{v}|^2$$ 又 $$|\overset{\large\rightharpoonup}{u}+\overset{\large\rightharpoonup}{v}|^2=|\overset{\large\rightharpoonup}{u}|^2+2\overset{\large\rightharpoonup}{u}\cdot\overset{\large\rightharpoonup}{v}+|\overset{\large\rightharpoonup}{v}|^2=\frac{1}{4}|\overset{\large\rightharpoonup}{v}|^2-\frac{1}{2}|\overset{\large\rightharpoonup}{v}|^2+|\overset{\large\rightharpoonup}{v}|^2=\frac{3}{4}|\overset{\large\rightharpoonup}{v}|^2$$ 所以 $|\overset{\large\rightharpoonup}{u}+\overset{\large\rightharpoonup}{v}|=\frac{\sqrt{3}}{2}|\overset{\large\rightharpoonup}{v}|$。 設 $\overset{\large\rightharpoonup}{v}$ 與 $\overset{\large\rightharpoonup}{u}+\overset{\large\rightharpoonup}{v}$ 夾角為 $\theta$,則 $$\cos\theta=\frac{\overset{\large\rightharpoonup}{v}\cdot(\overset{\large\rightharpoonup}{u}+\overset{\large\rightharpoonup}{v})}{|\overset{\large\rightharpoonup}{v}||\overset{\large\rightharpoonup}{u}+\overset{\large\rightharpoonup}{v}|}=\frac{\frac{3}{4}|\overset{\large\rightharpoonup}{v}|^2}{|\overset{\large\rightharpoonup}{v}|\cdot\frac{\sqrt{3}}{2}|\overset{\large\rightharpoonup}{v}|}=\frac{\sqrt{3}}{2}$$ 因此 $\theta=30^\circ$。正確。 選項 $(3)$:$\overset{\large\rightharpoonup}{u}\cdot(\overset{\large\rightharpoonup}{u}-\overset{\large\rightharpoonup}{v})=|\overset{\large\rightharpoonup}{u}|^2-\overset{\large\rightharpoonup}{u}\cdot\overset{\large\rightharpoonup}{v}=|\overset{\large\rightharpoonup}{u}|^2+\frac{1}{2}|\overset{\large\rightharpoonup}{u}||\overset{\large\rightharpoonup}{v}|>0$。因為內積為正,所以夾角為銳角。正確。 選項 $(4)$:$\overset{\large\rightharpoonup}{v}\cdot(\overset{\large\rightharpoonup}{u}-\overset{\large\rightharpoonup}{v})=\overset{\large\rightharpoonup}{u}\cdot\overset{\large\rightharpoonup}{v}-|\overset{\large\rightharpoonup}{v}|^2=-\frac{1}{2}|\overset{\large\rightharpoonup}{u}||\overset{\large\rightharpoonup}{v}|-|\overset{\large\rightharpoonup}{v}|^2<0$。因為內積為負,所以夾角為鈍角。錯誤。 選項 $(5)$:計算兩者長度平方: $$|\overset{\large\rightharpoonup}{u}+\overset{\large\rightharpoonup}{v}|^2=\frac{3}{4}|\overset{\large\rightharpoonup}{v}|^2$$ $$|\overset{\large\rightharpoonup}{u}-\overset{\large\rightharpoonup}{v}|^2=|\overset{\large\rightharpoonup}{u}|^2-2\overset{\large\rightharpoonup}{u}\cdot\overset{\large\rightharpoonup}{v}+|\overset{\large\rightharpoonup}{v}|^2=\frac{1}{4}|\overset{\large\rightharpoonup}{v}|^2+|\overset{\large\rightharpoonup}{v}|^2+|\overset{\large\rightharpoonup}{v}|^2=\frac{7}{4}|\overset{\large\rightharpoonup}{v}|^2$$ 因為 $\frac{3}{4}<\frac{7}{4}$,所以 $|\overset{\large\rightharpoonup}{u}+\overset{\large\rightharpoonup}{v}|<|\overset{\large\rightharpoonup}{u}-\overset{\large\rightharpoonup}{v}|$。錯誤。 故選 $(2)(3)$。

題目來源:民國106年指考數學甲 第5題(來源PDF第4頁)

資料版本:2026-07-21(commit bde62541)

校對狀態:人工抽查——本卷試題經人工抽樣檢查;非逐題逐字校對。

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引用本站:大考雷達站,〈106指考數學甲多選第5題詳解〉,資料版本 2026-07-21,https://twmath.com/questions/106_07A_q05.html

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。