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已知向量
a
b
满足:|
a
|=|
b
|=1,且|k
a
+
b
|=
3
|
a
-k
b
|
,其中k>0.
(1)用k表示
a
b

(2)当
a
b
最小时,求
a
b
的夹角θ的大小.
分析:(1)根据向量模的公式与数量积的运算性质化简已知等式,结合|
a
|=|
b
|=1
算出k2+2k
a
b
+1
=3(1-2k
a
b
+k2),化简即得用k表示
a
b
的式子;
(2)由基本不等式,算出
a
b
=
1
4
(k+
1
k
)≥
1
2
,可得当k=1时,
a
b
的最小值为
1
2
,由此利用向量的夹角公式加以计算,即可得到
a
b
的夹角θ的大小.
解答:解:(1)∵|k
a
+
b
|=
3
|
a
-k
b
|

(k
a
+
b
)2=3(
a
-k
b
)2

可得k2|
a
|2+2k
a
b
+|
b
|2=3(|
a
|2-2k
a
b
+k2|
b
|2)

|
a
|=|
b
|=1

|
a
|2=|
b
|2=1

k2+2k
a
b
+1=3(1-2k
a
b
+k2)

解得
a
b
=
k2+1
4k

(2)∵
a
b
=
k2+1
4k
=
1
4
(k+
1
k
)≥
1
4
×2
k•
1
k
=
1
2
,(当且仅当k=
1
k
=1时,等号成立).
∴当k=1时,
a
b
的最小值为
1
2

此时
a
b
=|
a
|•|
b
|•cosθ=
1
2

|
a
|=|
b
|=1
代入得cosθ=
1
2

∵θ∈(0,π),
θ=
π
3
,即为
a
b
的夹角的大小.
点评:本题给出单位向量
a
b
满足的条件,求
a
b
的最小值并求相应的夹角大小.着重考查了平面向量数量积的运算性质、向量模的公式、基本不等式和夹角大小的求法等知识,属于中档题.
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相关习题

科目:高中数学 来源: 题型:

已知向量
a
b
满足|
a
+
b
|=
3
|
a
-
b
|
|
a
|=|
b
|=1
,则|
3a
-2
b
|
的值为
 

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科目:高中数学 来源: 题型:

已知向量
a
b
满足|
a
|=2,|
b
|=1,
a
b
的夹角为60°,则|
a
-2
b
|等于
2
2

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科目:高中数学 来源: 题型:

已知向量
a
b
满足|
a
|=
2
,|
b
|=3,
a
b
的夹角为45°,求|3
a
-
b
|的值.

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科目:高中数学 来源: 题型:

已知向量a,b满足|a|=2,|b|=3,|2a+b|=
37
,则a与b
的夹角为(  )
A、30°B、45°
C、60°D、90°

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科目:高中数学 来源: 题型:

(2012•浙江模拟)已知向量
a
b
满足|
a
|=2|
b
|≠0,且关于x的函数f(x)=2x3+3|
a
|x2+6
a
b
x+5 在实数集R上单调递增,则向量
a
b
的夹角的取值范围是(  )

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