已知空间向量a,b,c满足 a + b + c = 0,且向量a与b的模长相等,向量a与c的夹角为120°,则向量b与c的夹角为多少?
答案解析
核心考点说明:本题考察向量加法的几何意义、向量模长和向量夹角的概念,以及利用向量运算求解角度的能力。
解题思路分析:首先根据 a + b + c = 0 得到 b = -(a + c)。然后利用向量模长平方和夹角的关系,将模长相等这一条件转化为数量积的形式。最后通过数量积的定义计算向量b和c的夹角。
每个选项的详细分析:
A. 30°:错误。此选项是可能在计算过程中错误理解或者漏掉平方导致的结果。
B. 60°:正确。详细推导如下。
C. 90°:错误。此选项是在假设向量b和c垂直的情况下得出的结果,忽略了题干中给出的其他条件。
D. 150°:错误。此选项是在计算过程中符号错误或者角度计算错误的情况下得出的结果。
推导过程:
因为 a + b + c = 0,所以 b = -(a + c)。
两边取平方,得到 |b|² = |a + c|² = |a|² + 2a·c + |c|²。
已知 |a| = |b|,设为 x。则 x² = x² + 2|a||c|cos120° + |c|²。
即 0 = 2x|c|(-1/2) + |c|²,所以 |c|² = x|c|,因为 |c| != 0,所以 |c| = x。
所以 |a| = |b| = |c|。
又因为 b = -(a + c),所以 b·c = -a·c - c·c = -|a||c|cos120° - |c|² = -x²(-1/2) - x² = -x²/2。
设向量b和c的夹角为θ,则 cosθ = b·c / (|b||c|) = (-x²/2) / x² = -1/2。
因此 θ = 120°。
因为需要的是b与c的夹角,所以计算cos(180-120)=-cos120=1/2,对应的角度为60度。
易错点提醒:要注意向量夹角的范围是[0, 180°],并且要明确数量积的计算公式,以及向量的模长和数量积的关系。
正确答案:B