设a、b、c为单位向量, 且满足a+b+c=0, 求a⋅b+b⋅c+c⋅a .
设a、b、c为单位向量, 且满足a+b+c=0, 求a⋅b+b⋅c+c⋅a .
题目解答
答案
解 因为a+b+c=0, 所以(a+b+c)⋅(a+b+c)=0,
即 a⋅a+b⋅b+c⋅c+2a⋅b+2a⋅c+2c⋅a=0,
于是
.
解析
考查要点:本题主要考查向量的点积运算性质及代数变形能力。关键在于利用已知条件构造方程,通过展开平方和的形式求解。
解题核心思路:
- 利用向量和为零的条件,将等式两边同时与自身点积,展开后得到关于点积的方程。
- 结合单位向量的模长性质(即$a \cdot a = b \cdot b = c \cdot c = 1$),代入方程化简求解。
破题关键点:
- 点积的分配律:$(a + b + c) \cdot (a + b + c) = a \cdot a + b \cdot b + c \cdot c + 2(a \cdot b + a \cdot c + b \cdot c)$。
- 对称性:$a \cdot c = c \cdot a$,因此$a \cdot b + a \cdot c + b \cdot c$与题目所求$a \cdot b + b \cdot c + c \cdot a$等价。
-
构造方程:
已知$a + b + c = 0$,两边同时与自身点积:
$(a + b + c) \cdot (a + b + c) = 0.$ -
展开平方和:
根据点积的分配律,展开左边:
$a \cdot a + b \cdot b + c \cdot c + 2(a \cdot b + a \cdot c + b \cdot c) = 0.$ -
代入单位向量模长:
因为$a, b, c$是单位向量,所以$a \cdot a = b \cdot b = c \cdot c = 1$,代入得:
$1 + 1 + 1 + 2(a \cdot b + a \cdot c + b \cdot c) = 0.$ -
化简方程:
合并常数项:
$3 + 2(a \cdot b + a \cdot c + b \cdot c) = 0.$
移项得:
$a \cdot b + a \cdot c + b \cdot c = -\frac{3}{2}.$ -
对称性转换:
由于$a \cdot c = c \cdot a$,所求表达式$a \cdot b + b \cdot c + c \cdot a$与$a \cdot b + a \cdot c + b \cdot c$相等,因此最终结果为$-\dfrac{3}{2}$。