109_17A_q12
109 指考數學甲補考 第 1 題
📅 109 年 📝 指考數學甲補考 第 1 題 題型:非選 課綱:99課綱
坐標空間中,設 $E$ 為過原點且由向量 $\overset{\large\rightharpoonup}{u} = (2,0,1)、\overset{\large\rightharpoonup}{v} = (0,1,1)$ 所張出的平面。將空間中兩點 $A、B$ 垂直投影到平面 $E$ 上,所得投影點依序為 $A'、B'$ 兩點。已知 $\overset{\large\rightharpoonup}{AB} \cdot \overset{\large\rightharpoonup}{u} = 5、\overset{\large\rightharpoonup}{AB} \cdot \overset{\large\rightharpoonup}{v} = 2$,試回答下列問題。 (1) 若平面 $E$ 方程式為 $x+by+cz=d$,試求實數 $b,c,d$ 之值。(4分) (2) 試證明 $\overset{\large\rightharpoonup}{A'B'} \cdot \overset{\large\rightharpoonup}{u} = \overset{\large\rightharpoonup}{AB} \cdot \overset{\large\rightharpoonup}{u}$。(2分) (3) 若 $\overset{\large\rightharpoonup}{A'B'} = \alpha \overset{\large\rightharpoonup}{u} + \beta \overset{\large\rightharpoonup}{v}$,試求實數 $\alpha, \beta$ 之值。(6分)
空間向量坐標幾何空間向量與空間中的直線與平面
解題手法向量化〔AI 推測〕
答案

pending

詳解
(1) 平面 $E$ 的法向量 $\overset{\large\rightharpoonup}{n} = \overset{\large\rightharpoonup}{u} \times \overset{\large\rightharpoonup}{v} = (2,0,1) \times (0,1,1) = (-1, -2, 2)$。 由於平面過原點,方程式為 $-x - 2y + 2z = 0$,即 $x + 2y - 2z = 0$。 對照 $x + by + cz = d$,得 $b = 2, c = -2, d = 0$。 (2) 設 $\overset{\large\rightharpoonup}{w} = \overset{\large\rightharpoonup}{AB}$。則 $\overset{\large\rightharpoonup}{A'B'}$ 為 $\overset{\large\rightharpoonup}{w}$ 在平面 $E$ 上的正射影向量。 可將 $\overset{\large\rightharpoonup}{w}$ 分解為 $\overset{\large\rightharpoonup}{w} = \overset{\large\rightharpoonup}{A'B'} + \overset{\large\rightharpoonup}{w}_{\perp}$,其中 $\overset{\large\rightharpoonup}{w}_{\perp}$ 垂直於平面 $E$。 因為 $\overset{\large\rightharpoonup}{u}$ 在平面 $E$ 上,所以 $\overset{\large\rightharpoonup}{w}_{\perp} \cdot \overset{\large\rightharpoonup}{u} = 0$。 則 $\overset{\large\rightharpoonup}{AB} \cdot \overset{\large\rightharpoonup}{u} = (\overset{\large\rightharpoonup}{A'B'} + \overset{\large\rightharpoonup}{w}_{\perp}) \cdot \overset{\large\rightharpoonup}{u} = \overset{\large\rightharpoonup}{A'B'} \cdot \overset{\large\rightharpoonup}{u} + 0 = \overset{\large\rightharpoonup}{A'B'} \cdot \overset{\large\rightharpoonup}{u}$。證畢。 (3) 由 (2) 同理可知 $\overset{\large\rightharpoonup}{A'B'} \cdot \overset{\large\rightharpoonup}{v} = \overset{\large\rightharpoonup}{AB} \cdot \overset{\large\rightharpoonup}{v} = 2$。 將 $\overset{\large\rightharpoonup}{A'B'} = \alpha \overset{\large\rightharpoonup}{u} + \beta \overset{\large\rightharpoonup}{v}$ 代入內積式: $\begin{cases} (\alpha \overset{\large\rightharpoonup}{u} + \beta \overset{\large\rightharpoonup}{v}) \cdot \overset{\large\rightharpoonup}{u} = 5 \\ (\alpha \overset{\large\rightharpoonup}{u} + \beta \overset{\large\rightharpoonup}{v}) \cdot \overset{\large\rightharpoonup}{v} = 2 \end{cases} \implies \begin{cases} \alpha (\overset{\large\rightharpoonup}{u} \cdot \overset{\large\rightharpoonup}{u}) + \beta (\overset{\large\rightharpoonup}{v} \cdot \overset{\large\rightharpoonup}{u}) = 5 \\ \alpha (\overset{\large\rightharpoonup}{u} \cdot \overset{\large\rightharpoonup}{v}) + \beta (\overset{\large\rightharpoonup}{v} \cdot \overset{\large\rightharpoonup}{v}) = 2 \end{cases}$ 計算內積:$\overset{\large\rightharpoonup}{u} \cdot \overset{\large\rightharpoonup}{u} = 5, \overset{\large\rightharpoonup}{v} \cdot \overset{\large\rightharpoonup}{v} = 2, \overset{\large\rightharpoonup}{u} \cdot \overset{\large\rightharpoonup}{v} = 1$。 $\begin{cases} 5\alpha + \beta = 5 \\ \alpha + 2\beta = 2 \end{cases}$ 由第二式得 $\alpha = 2 - 2\beta$,代入第一式: $5(2 - 2\beta) + \beta = 5 \implies 10 - 9\beta = 5 \implies \beta = 5/9$ 則 $\alpha = 2 - 2(5/9) = 8/9$。 故 $\alpha = 8/9, \beta = 5/9$。

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。