题目
[题目]已知 _(1)(1,-1,2) 、M2(3,3,1)-|||-__ __-|||-和M3(3,1,3)。求与M1M2、M2 M3同时垂-|||-直的单位向量.

题目解答
答案

解析
考查要点:本题主要考查空间向量的垂直条件、单位向量的求解方法,以及解线性方程组的能力。
解题核心思路:
- 确定向量:首先计算向量$\overrightarrow{M_1M_2}$和$\overrightarrow{M_2M_3}$的坐标。
- 垂直条件:设所求单位向量为$\overrightarrow{n}=(a,b,c)$,根据向量垂直的点积为零的条件,建立方程组。
- 单位向量约束:结合$a^2 + b^2 + c^2 = 1$,解方程组得到参数关系,最终求出所有可能的解。
破题关键点:
- 正确计算向量坐标:注意向量的起点和终点坐标差。
- 联立方程组:通过点积为零的条件建立方程,消元简化方程组。
- 单位向量归一化:代入参数关系后,通过平方和为1求出参数的具体值。
-
计算向量$\overrightarrow{M_1M_2}$和$\overrightarrow{M_2M_3}$:
- $\overrightarrow{M_1M_2} = (3-1, 3-(-1), 1-2) = (2, 4, -1)$
- $\overrightarrow{M_2M_3} = (3-3, 1-3, 3-1) = (0, -2, 2)$
-
设单位向量$\overrightarrow{n}=(a,b,c)$:
- 根据垂直条件,点积为零:
$\begin{cases} 2a + 4b - c = 0 \\ -2b + 2c = 0 \end{cases}$ - 从第二个方程得:$c = b$,代入第一个方程得:$2a + 3b = 0 \Rightarrow a = -\dfrac{3}{2}b$
- 根据垂直条件,点积为零:
-
代入单位向量条件:
- $a^2 + b^2 + c^2 = 1$,代入$a = -\dfrac{3}{2}b$和$c = b$:
$\left(-\dfrac{3}{2}b\right)^2 + b^2 + b^2 = 1 \Rightarrow \dfrac{9}{4}b^2 + 2b^2 = 1 \Rightarrow \dfrac{17}{4}b^2 = 1 \Rightarrow b = \pm \dfrac{2\sqrt{17}}{17}$ - 进一步求得:
- 当$b = \dfrac{2\sqrt{17}}{17}$时,$a = -\dfrac{3\sqrt{17}}{17}$,$c = \dfrac{2\sqrt{17}}{17}$
- 当$b = -\dfrac{2\sqrt{17}}{17}$时,$a = \dfrac{3\sqrt{17}}{17}$,$c = -\dfrac{2\sqrt{17}}{17}$
- $a^2 + b^2 + c^2 = 1$,代入$a = -\dfrac{3}{2}b$和$c = b$: