115分科測驗數學甲多選第8題詳解

📅 115 年 📝 分科測驗數學甲 第 8 題 題型:多選 課綱:108課綱

答案與本題考點

答案:$(1)(2)(5)$

本題考點:向量內積、向量長度、外積、平面向量

題目

坐標平面上兩向量 $\overset{\large\rightharpoonup}{u}, \overset{\large\rightharpoonup}{v}$ 滿足 $| \overset{\large\rightharpoonup}{u} + \overset{\large\rightharpoonup}{v} | = 2$ 與 $\overset{\large\rightharpoonup}{u} - \overset{\large\rightharpoonup}{v} = (2,2)$。試選出正確的選項。
  1. $| \overset{\large\rightharpoonup}{v} + (1,1) | = 1$
  2. $\overset{\large\rightharpoonup}{u} \cdot \overset{\large\rightharpoonup}{v} = -1$
  3. $|\overset{\large\rightharpoonup}{v}| \le 2$
  4. $\overset{\large\rightharpoonup}{u}$ 不可能與 $\overset{\large\rightharpoonup}{v}$ 平行
  5. 若 $\overset{\large\rightharpoonup}{u}, \overset{\large\rightharpoonup}{v}$ 的夾角為 $\theta$,則 $|\overset{\large\rightharpoonup}{u}||\overset{\large\rightharpoonup}{v}|\sin\theta \le 2\sqrt{2}$
向量內積向量長度外積平面向量

答案

答案

$(1)(2)(5)$

多選題

詳解

詳解
因為 $\overset{\large\rightharpoonup}{u}-\overset{\large\rightharpoonup}{v}=(2,2)$,所以 $\overset{\large\rightharpoonup}{u}=\overset{\large\rightharpoonup}{v}+(2,2)$;又因為 $|(2,2)|=2\sqrt{2}$,所以 $|\overset{\large\rightharpoonup}{u}-\overset{\large\rightharpoonup}{v}|=2\sqrt{2}$。 1. 選項 $(1)$ 說 $|\overset{\large\rightharpoonup}{v}+(1,1)|=1$。因為 $\overset{\large\rightharpoonup}{u}+\overset{\large\rightharpoonup}{v}=2\overset{\large\rightharpoonup}{v}+(2,2)=2\left(\overset{\large\rightharpoonup}{v}+(1,1)\right)$,所以 $|\overset{\large\rightharpoonup}{u}+\overset{\large\rightharpoonup}{v}|=2\left|\overset{\large\rightharpoonup}{v}+(1,1)\right|=2$,兩邊同除以 $2$ 得 $|\overset{\large\rightharpoonup}{v}+(1,1)|=1$,$(1)$ 正確。 2. 選項 $(2)$ 說 $\overset{\large\rightharpoonup}{u}\cdot \overset{\large\rightharpoonup}{v}=-1$。因為恆等式 $|\overset{\large\rightharpoonup}{u}+\overset{\large\rightharpoonup}{v}|^2-|\overset{\large\rightharpoonup}{u}-\overset{\large\rightharpoonup}{v}|^2=4\,\overset{\large\rightharpoonup}{u}\cdot \overset{\large\rightharpoonup}{v}$,代入 $|\overset{\large\rightharpoonup}{u}+\overset{\large\rightharpoonup}{v}|=2$ 與 $|\overset{\large\rightharpoonup}{u}-\overset{\large\rightharpoonup}{v}|=2\sqrt{2}$,所以 $4-8=4\,\overset{\large\rightharpoonup}{u}\cdot \overset{\large\rightharpoonup}{v}$,得 $\overset{\large\rightharpoonup}{u}\cdot \overset{\large\rightharpoonup}{v}=-1$,$(2)$ 正確。 3. 選項 $(3)$ 說 $|\overset{\large\rightharpoonup}{v}|\le 2$。因為由第 $1$ 點知 $\overset{\large\rightharpoonup}{v}$ 的終點落在圓心 $(-1,-1)$、半徑 $1$ 的圓上,所以 $|\overset{\large\rightharpoonup}{v}|$ 的最大值等於圓心到原點的距離加上半徑,即 $\sqrt{2}+1$;又因為 $\sqrt{2}>1$,所以 $\sqrt{2}+1>2$,$|\overset{\large\rightharpoonup}{v}|$ 可以超過 $2$,$(3)$ 錯誤。 4. 選項 $(4)$ 說 $\overset{\large\rightharpoonup}{u}$ 不可能與 $\overset{\large\rightharpoonup}{v}$ 平行。因為若兩者平行,則 $\overset{\large\rightharpoonup}{u}-\overset{\large\rightharpoonup}{v}=(2,2)$ 也與它們同方向,可設 $\overset{\large\rightharpoonup}{u}=s(1,1)$、$\overset{\large\rightharpoonup}{v}=t(1,1)$;由 $\overset{\large\rightharpoonup}{u}-\overset{\large\rightharpoonup}{v}=(2,2)$ 得 $s-t=2$,由 $|\overset{\large\rightharpoonup}{u}+\overset{\large\rightharpoonup}{v}|=2$ 得 $|s+t|\sqrt{2}=2$,即 $s+t=\pm\sqrt{2}$。取 $s+t=\sqrt{2}$ 解得 $s=\frac{2+\sqrt{2}}{2}$、$t=\frac{\sqrt{2}-2}{2}$,兩者都是實數,所以平行的情形確實存在,$(4)$ 錯誤。 5. 選項 $(5)$ 說若夾角為 $\theta$ 則 $|\overset{\large\rightharpoonup}{u}||\overset{\large\rightharpoonup}{v}|\sin\theta\le 2\sqrt{2}$。因為 $|\overset{\large\rightharpoonup}{u}||\overset{\large\rightharpoonup}{v}|\sin\theta$ 等於兩向量張成的平行四邊形面積,也等於 $|u_xv_y-u_yv_x|$;設 $\overset{\large\rightharpoonup}{v}=(v_x,v_y)$,則 $\overset{\large\rightharpoonup}{u}=(v_x+2,\,v_y+2)$,所以 $$|u_xv_y-u_yv_x|=\left|(v_x+2)v_y-(v_y+2)v_x\right|=2\left|v_y-v_x\right|.$$ 又因為 $\overset{\large\rightharpoonup}{v}$ 的終點在圓 $(x+1)^2+(y+1)^2=1$ 上,可設 $v_x=-1+\cos t$、$v_y=-1+\sin t$,所以 $v_y-v_x=\sin t-\cos t=\sqrt{2}\sin\left(t-\frac{\pi}{4}\right)$,其絕對值最大為 $\sqrt{2}$,得 $|\overset{\large\rightharpoonup}{u}||\overset{\large\rightharpoonup}{v}|\sin\theta\le 2\sqrt{2}$,$(5)$ 正確。 故選 $(1)(2)(5)$。 另解 1. 設 $\overset{\large\rightharpoonup}{u}$ 的終點為 $P=(x,y)$。因為 $\overset{\large\rightharpoonup}{u}-\overset{\large\rightharpoonup}{v}=(2,2)$,所以 $\overset{\large\rightharpoonup}{v}$ 的終點為 $Q=(x-2,\,y-2)$。 2. 因為 $\overset{\large\rightharpoonup}{u}+\overset{\large\rightharpoonup}{v}$ 的終點為 $R=(2x-2,\,2y-2)$ 且 $|\overset{\large\rightharpoonup}{u}+\overset{\large\rightharpoonup}{v}|=2$,所以 $(2x-2)^2+(2y-2)^2=4$,化簡得 $(x-1)^2+(y-1)^2=1$。 3. 因此 $P$ 落在圓心 $(1,1)$、半徑 $1$ 的圓上;又因為 $Q$ 是 $P$ 平移 $(-2,-2)$ 而得,所以 $Q$ 落在圓心 $(-1,-1)$、半徑 $1$ 的圓上——這正是主解答第 $1$ 點 $|\overset{\large\rightharpoonup}{v}+(1,1)|=1$ 的幾何說法,選項 $(1)$ 由此一眼可見。 4. 令 $P=(1+\cos t,\,1+\sin t)$,則 $R=2P-(2,2)=(2\cos t,\,2\sin t)$,所以 $R$ 恆落在以原點為圓心、半徑 $2$ 的圓上。 5. 因為 $Q$ 在圓心 $(-1,-1)$、半徑 $1$ 的圓上,所以 $|\overset{\large\rightharpoonup}{v}|$ 的最大值為圓心到原點的距離加半徑,即 $\sqrt{2}+1$,選項 $(3)$ 錯誤。 6. 因為外積的絕對值為 $2|v_y-v_x|$,而 $Q$ 在該圓上時 $|v_y-v_x|$ 最大為 $\sqrt{2}$,所以面積上界為 $2\sqrt{2}$,選項 $(5)$ 正確。 結論與主解答相同,故選 $(1)(2)(5)$。

題目來源:民國115年分科測驗數學甲 第8題(來源PDF第4頁)

資料版本:2026-07-16(commit 5aefe2c4)

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,〈115分科測驗數學甲多選第8題詳解〉,資料版本 2026-07-16,https://twmath.com/questions/115_0XA_q08

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