浙江 2019 · 数学 q17

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题解图(原卷截图 · 含答案与官方解析)

浙江 2019 · 数学 q17 原卷截图(含答案)

文字转写(题面 + 答案 + 官方解析)

题面

  1. 已知正方形 ABCD 的边长为 1,当每个 λi(i=1,2,3,4,5,6)\lambda_{i}(i=1,2,3,4,5,6) 取遍 ±1\pm1 时,

λ1AB+λ2BC+λ3CD+λ4DA+λ5AC+λ6BD\left|\lambda_{1}\overrightarrow{AB}+\lambda_{2}\overrightarrow{BC}+\lambda_{3}\overrightarrow{CD}+\lambda_{4}\overrightarrow{DA}+\lambda_{5}\overrightarrow{AC}+\lambda_{6}\overrightarrow{BD}\right| 的最小值是____;最大值是____.

17.已知正方形ABCD的边长为1,当每个 λi(i=1,2,3,4,5,6)\lambda_{i}(i = 1,2,3,4,5,6) 取遍 ±1\pm 1 时,λ1AB+λ2BC+λ3CD+λ4DA+λ5AC+λ6BD|\lambda_1\overrightarrow{AB} + \lambda_2\overrightarrow{BC} + \lambda_3\overrightarrow{CD} + \lambda_4\overrightarrow{DA} + \lambda_5\overrightarrow{AC} + \lambda_6\overrightarrow{BD}| 的最小值是 ____;最大值是 ____。

答案

(1). 0 (2). 252\sqrt{5}

解析

分析

本题主要考查平面向量的应用,题目难度较大.从引入“基向量”入手,简化模的表现形式,利用转化与化归思想将问题逐步简化.

λ1AB+λ2BC+λ3CD+λ4DA+λ5AC+λ6BD=(λ1λ3+λ5λ6)AB+(λ2λ4+λ5+λ6)AD\lambda_{1} \overrightarrow{A B} + \lambda_{2} \overrightarrow{B C} + \lambda_{3} \overrightarrow{C D} + \lambda_{4} \overrightarrow{D A} + \lambda_{5} \overrightarrow{A C} + \lambda_{6} \overrightarrow{B D} = \left(\lambda_{1} - \lambda_{3} + \lambda_{5} - \lambda_{6}\right) \overrightarrow{A B} + \left(\lambda_{2} - \lambda_{4} + \lambda_{5} + \lambda_{6}\right) \overrightarrow{A D}

要使 λ1AB+λ2BC+λ3CD+λ4DA+λ5AC+λ6BD\left|\lambda_1\overrightarrow{AB} +\lambda_2\overrightarrow{BC} +\lambda_3\overrightarrow{CD} +\lambda_4\overrightarrow{DA} +\lambda_5\overrightarrow{AC} +\lambda_6\overrightarrow{BD}\right| 的最小,只需要

λ1λ3+λ5λ6=λ2λ4+λ5+λ6=0\left|\lambda_1 - \lambda_3 + \lambda_5 - \lambda_6\right| = \left|\lambda_2 - \lambda_4 + \lambda_5 + \lambda_6\right| = 0 ,此时只需要取 λ1=1,λ2=1,λ3=1,λ4=1,λ5=1,λ6=1\lambda_1 = 1, \lambda_2 = -1, \lambda_3 = 1, \lambda_4 = 1, \lambda_5 = 1, \lambda_6 = 1 此时 λ1AB+λ2BC+λ3CD+λ4DA+λ5AC+λ6BDmin=0\left|\lambda_1\overrightarrow{AB} + \lambda_2\overrightarrow{BC} + \lambda_3\overrightarrow{CD} + \lambda_4\overrightarrow{DA} + \lambda_5\overrightarrow{AC} + \lambda_6\overrightarrow{BD}\right|_{\min} = 0

λ1AB+λ2BC+λ3CD+λ4DA+λ5AC+λ6BD2=(λ1λ3+λ5λ6)AB+(λ2λ4+λ5+λ6)AD2=(λ1λ3+λ5λ6)2+(λ2λ4+λ5+λ6)2(λ1+λ3+λ5λ6)2+(λ2+λ4+λ5+λ6)2=(2+λ5λ6)2+(2+λ5+λ6)2=8+4(λ5λ6+λ5+λ6)+(λ5λ6)2+(λ5+λ6)2=8+4(λ5λ6+λ5+λ6)2+2(λ52+λ62)=12+4(λ5λ6)2+(λ5+λ6)2+2λ52λ62=12+42(λ52+λ62)+2λ52λ62=20\begin{array}{l} \left| \lambda_{1} \overline{{A B}} + \lambda_{2} \overline{{B C}} + \lambda_{3} \overline{{C D}} + \lambda_{4} \overline{{D A}} + \lambda_{5} \overline{{A C}} + \lambda_{6} \overline{{B D}} \right|^{2} = \left| \left(\lambda_{1} - \lambda_{3} + \lambda_{5} - \lambda_{6}\right) \overline{{A B}} + \left(\lambda_{2} - \lambda_{4} + \lambda_{5} + \lambda_{6}\right) \overline{{A D}} \right|^{2} \\ = \left(\lambda_{1} - \lambda_{3} + \lambda_{5} - \lambda_{6}\right)^{2} + \left(\lambda_{2} - \lambda_{4} + \lambda_{5} + \lambda_{6}\right)^{2} \leq \left(\left| \lambda_{1} \right| + \left| \lambda_{3} \right| + \left| \lambda_{5} - \lambda_{6} \right|\right)^{2} + \left(\left| \lambda_{2} \right| + \left| \lambda_{4} \right| + \left| \lambda_{5} + \lambda_{6} \right|\right)^{2} \\ = \left(2 + \left| \lambda_{5} - \lambda_{6} \right|\right)^{2} + \left(2 + \left| \lambda_{5} + \lambda_{6} \right|\right)^{2} = 8 + 4 \left(\left| \lambda_{5} - \lambda_{6} \right| + \left| \lambda_{5} + \lambda_{6} \right|\right) + \left(\lambda_{5} - \lambda_{6}\right)^{2} + \left(\lambda_{5} + \lambda_{6}\right)^{2} \\ = 8 + 4 \sqrt{\left(\left| \lambda_{5} - \lambda_{6} \right| + \left| \lambda_{5} + \lambda_{6} \right|\right)^{2}} + 2 \left(\lambda_{5}^{2} + \lambda_{6}^{2}\right) = 1 2 + 4 \sqrt{\left(\lambda_{5} - \lambda_{6}\right)^{2} + \left(\lambda_{5} + \lambda_{6}\right)^{2} + 2 \left| \lambda_{5}^{2} - \lambda_{6}^{2} \right|} \\ = 1 2 + 4 \sqrt{2 \left(\lambda_{5}^{2} + \lambda_{6}^{2}\right) + 2 \left| \lambda_{5}^{2} - \lambda_{6}^{2} \right|} = 2 0 \end{array}

等号成立当且仅当 λ1,λ3,λ5λ6\lambda_1, -\lambda_3, \lambda_5 - \lambda_6 均非负或者均非正,并且 λ2,λ4,λ5+λ6\lambda_2, -\lambda_4, \lambda_5 + \lambda_6 均非负或者均非正。

比如 λ1=1,λ2=1,λ3=1,λ4=1,λ5=1,λ6=1\lambda_{1} = 1, \lambda_{2} = 1, \lambda_{3} = -1, \lambda_{4} = -1, \lambda_{5} = 1, \lambda_{6} = 1

λ1AB+λ2BC+λ3CD+λ4DA+λ5AC+λ6BDmax=20=25.\left| \lambda_{1} \overrightarrow{A B} + \lambda_{2} \overrightarrow{B C} + \lambda_{3} \overrightarrow{C D} + \lambda_{4} \overrightarrow{D A} + \lambda_{5} \overrightarrow{A C} + \lambda_{6} \overrightarrow{B D} \right|_{\max} = \sqrt{2 0} = 2 \sqrt{5}.

点睛:对于此题需充分利用转化与化归思想,从“基向量”入手,最后求不等式最值,是一道向量和不等式的综合题。

【点睛】对于平面向量的应用问题,需充分利用转化与化归思想、数形结合思想.