113分科測驗數學甲非選第13題詳解

📅 113 年 📝 分科測驗數學甲 第 13 題 題型:非選 課綱:108課綱

答案與本題考點

答案:$\alpha=\beta=\gamma=60^\circ$

本題考點:向量內積、法向量、空間向量與空間中的直線與平面

題目

題組
坐標空間中,考慮三個平面 $E_1:x+y+z=7$、$E_2:x-y+z=3$、$E_3:x-y-z=-5$。令 $E_1$ 與 $E_2$ 相交的直線為 $L_3$;$E_2$ 與 $E_3$ 相交的直線為 $L_1$;$E_3$ 與 $E_1$ 相交的直線為 $L_2$。根據上述,試回答下列問題。
試說明 $L_1$、$L_2$、$L_3$ 中,任兩直線所夾的銳角皆為 $60^\circ$。(非選擇題,$4$ 分)(註:令 $L_1$ 與 $L_2$ 所夾的銳角為 $\alpha$,$L_2$ 與 $L_3$ 所夾的銳角為 $\beta$,$L_3$ 與 $L_1$ 所夾的銳角為 $\gamma$)(非選擇題,$4$ 分)
向量內積法向量空間向量與空間中的直線與平面

答案

答案

$\alpha=\beta=\gamma=60^\circ$

詳解

詳解
三平面的法向量分別為 $$\overset{\large\rightharpoonup}{n}_1=(1,1,1),\; \overset{\large\rightharpoonup}{n}_2=(1,-1,1),\; \overset{\large\rightharpoonup}{n}_3=(1,-1,-1).$$ 求各交線的方向向量(法向量的外積): 1. $L_1=E_2\cap E_3$ 的方向向量: $$\overset{\large\rightharpoonup}{d}_1 =\overset{\large\rightharpoonup}{n}_2\times\overset{\large\rightharpoonup}{n}_3 =(2,2,0),$$ 取 $\overset{\large\rightharpoonup}{d}_1=(1,1,0)$。 2. $L_2=E_3\cap E_1$ 的方向向量: $$\overset{\large\rightharpoonup}{d}_2 =\overset{\large\rightharpoonup}{n}_3\times\overset{\large\rightharpoonup}{n}_1 =(0,-2,2),$$ 取 $\overset{\large\rightharpoonup}{d}_2=(0,1,-1)$。 3. $L_3=E_1\cap E_2$ 的方向向量: $$\overset{\large\rightharpoonup}{d}_3 =\overset{\large\rightharpoonup}{n}_1\times\overset{\large\rightharpoonup}{n}_2 =(2,0,-2),$$ 取 $\overset{\large\rightharpoonup}{d}_3=(1,0,-1)$。 因為三個方向向量的長度均為 $\sqrt{2}$,且任兩方向的內積為 \begin{align*} \overset{\large\rightharpoonup}{d}_1\cdot\overset{\large\rightharpoonup}{d}_2 &=1\cdot 0+1\cdot 1+0\cdot(-1)=1,\\[4pt] \overset{\large\rightharpoonup}{d}_2\cdot\overset{\large\rightharpoonup}{d}_3 &=0\cdot 1+1\cdot 0+(-1)\cdot(-1)=1,\\[4pt] \overset{\large\rightharpoonup}{d}_3\cdot\overset{\large\rightharpoonup}{d}_1 &=1\cdot 1+0\cdot 1+(-1)\cdot 0=1, \end{align*} 所以 $\cos\alpha=\cos\beta=\cos\gamma =\frac{1}{\sqrt{2}\cdot\sqrt{2}}=\frac{1}{2}$, 故 $\alpha=\beta=\gamma=60^\circ$。

題目來源:民國113年分科測驗數學甲 第13題(來源PDF第6頁)

資料版本:2026-06-29(commit 2a28ae7a)

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引用本站:大考雷達站,〈113分科測驗數學甲非選第13題詳解〉,資料版本 2026-06-29,https://twmath.com/questions/113_0XA_q13

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