115分科測驗數學乙非選第17題詳解

📅 115 年 📝 分科測驗數學乙 第 17 題 題型:非選 課綱:108課綱

答案與本題考點

答案:$\overset{\large\rightharpoonup}{AB}=(3,1)$,$\cos\angle BAC=-\dfrac{\sqrt{2}}{2}$

本題考點:向量內積、向量垂直、平面向量、設未知數

題目

16-18 題為題組
坐標平面上有一向量 $u=(1,2)$ 及三點 $A(1,1)$、$B(4,2)$、$C$,其中點 $C$ 位於第二象限。已知 $u$ 與向量 $\overset{\large\rightharpoonup}{CA}$ 垂直,且 $u$ 與向量 $\overset{\large\rightharpoonup}{CB}$ 的夾角為 $\theta$,其餘弦值為 $\cos\theta=\dfrac{1}{\sqrt{10}}$。根據上述,試回答下列問題。
試求向量 $\overset{\large\rightharpoonup}{AB}$ 以及 $\cos\angle BAC$ 的值。(非選擇題,$6$ 分)
向量內積向量垂直平面向量
解題手法設未知數〔AI 推測〕

答案

答案

$\overset{\large\rightharpoonup}{AB}=(3,1)$,$\cos\angle BAC=-\dfrac{\sqrt{2}}{2}$

詳解

詳解
1. 求 $\overset{\large\rightharpoonup}{AB}$: $$\overset{\large\rightharpoonup}{AB} = B - A = (4-1,\,2-1) = (3,1).$$ 2. 設 $C = (x,y)$。 因為 $u = (1,2)$ 與 $\overset{\large\rightharpoonup}{CA}$ 垂直, 所以 $u \cdot \overset{\large\rightharpoonup}{CA} = 0$: $$(1,2) \cdot (1-x,\,1-y) = (1-x) + 2(1-y) = 0 \implies x + 2y = 3.$$ 3. 因為 $u$ 與 $\overset{\large\rightharpoonup}{CB}$ 的夾角餘弦為 $\frac{1}{\sqrt{10}}$, 所以 $$\frac{u \cdot \overset{\large\rightharpoonup}{CB}}{|u|\,|\overset{\large\rightharpoonup}{CB}|} = \frac{(1,2)\cdot(4-x,\,2-y)}{\sqrt{5}\,|\overset{\large\rightharpoonup}{CB}|} = \frac{1}{\sqrt{10}}.$$ 利用 $x+2y = 3$,分子化簡為 $$(4-x) + 2(2-y) = 8 - (x+2y) = 8 - 3 = 5.$$ 因此 $$\frac{5}{\sqrt{5}\,|\overset{\large\rightharpoonup}{CB}|} = \frac{1}{\sqrt{10}} \implies |\overset{\large\rightharpoonup}{CB}| = 5\sqrt{2}.$$ 即 $$(x-4)^2 + (y-2)^2 = 50.$$ 4. 將 $x = 3 - 2y$ 代入: $$(3-2y-4)^2 + (y-2)^2 = 50 \implies (-2y-1)^2 + (y-2)^2 = 50 \implies 4y^2+4y+1 + y^2-4y+4 = 50 \implies 5y^2 + 5 = 50 \implies y^2 = 9 \implies y = \pm 3.$$ 因為 $C$ 在第二象限($x<0,\,y>0$),所以 $y=3$, 代入 $x = 3-2\times3 = -3$,得 $C = (-3,3)$。 5. 求 $\cos\angle BAC$: $$\overset{\large\rightharpoonup}{AC} = C - A = (-3-1,\,3-1) = (-4,2).$$ $$\cos\angle BAC = \frac{\overset{\large\rightharpoonup}{AB} \cdot \overset{\large\rightharpoonup}{AC}} {|\overset{\large\rightharpoonup}{AB}|\,|\overset{\large\rightharpoonup}{AC}|} = \frac{3\times(-4)+1\times2}{\sqrt{10}\,\sqrt{20}} = \frac{-12+2}{\sqrt{200}} = \frac{-10}{10\sqrt{2}} = -\frac{\sqrt{2}}{2}.$$

題目來源:民國115年分科測驗數學乙 第17題(來源PDF第7頁)

資料版本:2026-07-17(commit 43ea8e02)

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分科測驗數學乙非選第17題詳解〉,資料版本 2026-07-17,https://twmath.com/questions/115_0XB_q17

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。