题目
设alpha=(1,-1,0,-1), beta=(1,-1,1,-1), gamma=(1,-1,-1,-1). 求alpha的长度及beta与gamma的夹角为()A. sqrt(3), (pi)/(3)B. 3, (pi)/(3)C. sqrt(3), (2pi)/(3)D. sqrt(3), -(pi)/(3)
设$\alpha=(1,-1,0,-1)$, $\beta=(1,-1,1,-1)$, $\gamma=(1,-1,-1,-1)$. 求$\alpha$的长度及$\beta$与$\gamma$的夹角为()
A. $\sqrt{3}$, $\frac{\pi}{3}$
B. $3$, $\frac{\pi}{3}$
C. $\sqrt{3}$, $\frac{2\pi}{3}$
D. $\sqrt{3}$, $-\frac{\pi}{3}$
题目解答
答案
A. $\sqrt{3}$, $\frac{\pi}{3}$
解析
本题考查向量的长度计算以及向量夹角的计算。解题思路为:先根据向量长度公式计算向量$\alpha$的长度,再根据向量夹角公式计算向量$\beta$与$\gamma$的夹角。
1. 计算向量$\alpha$的长度
对于向量$\vec{a}=(x,y,z,w)$,其长度$\vert\vec{a}\vert$的计算公式为$\vert\vec{a}\vert=\sqrt{x^{2}+y^{2}+z^{2}+w^{2}}$。
已知$\alpha=(1,-1,0,-1)$,将其代入公式可得:
$\vert\alpha\vert=\sqrt{1^{2}+(-1)^{2}+0^{2}+(-1)^{2}}=\sqrt{1 + 1 + 0 + 1}=\sqrt{3}$
2. 计算向量$\beta$与$\gamma$的夹角
设向量$\vec{b}$与$\vec{c}$的夹角为$\theta$,$0\leqslant\theta\leqslant\pi$,则向量夹角公式为$\cos\theta=\frac{\vec{b}\cdot\vec{c}}{\vert\vec{b}\vert\vert\vec{c}\vert}$。
- 计算$\beta\cdot\gamma$:
对于向量$\beta=(1,-1,1,-1)$和$\gamma=(1,-1,-1,-1)$,根据向量点积的坐标运算公式$\vec{b}\cdot\vec{c}=x_1x_2 + y_1y_2 + z_1z_2 + w_1w_2$(其中$\vec{b}=(x_1,y_1,z_1,w_1)$,$\vec{c}=(x_2,y_2,z_2,w_2)$)可得:
$\beta\cdot\gamma=1\times1+(-1)\times(-1)+1\times(-1)+(-1)\times(-1)=1 + 1 - 1 + 1 = 2$ - 计算$\vert\beta\vert$和$\vert\gamma\vert$:
根据向量长度公式,$\vert\beta\vert=\sqrt{1^{2}+(-1)^{2}+1^{2}+(-1)^{2}}=\sqrt{1 + 1 + 1 + 1}=\sqrt{4}=2$;
$\vert\gamma\vert=\sqrt{1^{2}+(-1)^{2}+(-1)^{2}+(-1)^{2}}=\sqrt{1 + 1 + 1 + 1}=\sqrt{4}=2$。 - 计算夹角$\theta$:
将$\beta\cdot\gamma = 2$,$\vert\beta\vert = 2$,$\vert\gamma\vert = 2$代入向量夹角公式可得:
$\cos\theta=\frac{\beta\cdot\gamma}{\vert\beta\vert\vert\gamma\vert}=\frac{2}{2\times2}=\frac{1}{2}$
因为$0\leqslant\theta\leqslant\pi$,且$\cos\frac{\pi}{3}=\frac{1}{2}$,所以$\theta = \frac{\pi}{3}$。