问题 解答题
已知向量
a
b
满足|
a
|=|
b
|=1,且|
a
-k
b
|=
3
|k
a
+
b
|
,其中k>0,
(1)试用k表示
a
b
,并求出
a
b
的最大值及此时
a
b
的夹角为θ的值;
(2)当
a
b
取得最大值时,求实数λ,使|
a
b
|
的值最小,并对这一结果作出几何解释.
答案

(1)∵|

a
|=|
b
|=1,|
a
-k
b
|=
3
|k
a
+
b
|

a
2-2k
a
b
+k2
b
2
=3k2
a
2
+6k
a
b
+3 
b
2
,∴1-2k
a
b
+k2=3k2+6k
a
b
+3,

a
b
=-( 
k
4
+
1
4k
).∵
k
4
+
1
4k
≥2×
1
4
=
1
2

a
b
≤-
1
2
,当且仅当
k
4
=
1
4k
,即k=1时,取等号.

此时,

a
b
=-
1
2
=1×1cosθ,∴θ=120°.

(2)当

a
b
取得最大值时,
a
b
=-
1
2
|
a
b
|
=
|
a
b
|
2
=
1+2λ•
a
b
+λ2
=
1 -λ+λ2

故当λ=

1
2
 时,|
a
b
|
的最小值等于
1-
1
2
+
1
4
=
3
2

这一结果的几何解释:平行四边形OABC中,OA=1,∠AOC=120°,当且仅当OC=

1
2
时,对角线OB最短为
3
2

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