12Toán 12 Trả lời ngắn Vận dụng cao 333

Một trạm quan trắc lắp một trục ăng-ten trong hệ toạ độ OxyzOxyz. Hướng của trục ăng-ten là một vectơ đơn vị u⃗\vec u và bị hai điều kiện lắp đặt:
u⃗\vec u nằm trong mặt phẳng lắp đặt, tức u⃗⋅n⃗=0\vec u \cdot \vec n = 0 với n⃗=(0;1;−1)\vec n = \left(0; 1; -1\right);
u⃗\vec u phải hướng về nửa an toàn, tức u⃗⋅h⃗≥0\vec u \cdot \vec h \ge 0 với h⃗=(−5;2;1)\vec h = \left(-5; 2; 1\right).
Trục ăng-ten cần quan sát hai mục tiêu: cột phát AA theo hướng a⃗=(3;−1;−2)\vec a = \left(3; -1; -2\right) và cột phát BB theo hướng b⃗=(4;3;−6)\vec b = \left(4; 3; -6\right).
Tiêu chí thiết kế: chọn u⃗\vec u sao cho **góc nhìn xấu hơn** trong hai góc (u⃗,a⃗)^\widehat{\left(\vec u, \vec a\right)}, (u⃗,b⃗)^\widehat{\left(\vec u, \vec b\right)} là **nhỏ nhất có thể**. Các góc lấy trong [0∘;180∘]\left[0^\circ; 180^\circ\right].
Hỏi góc nhìn xấu hơn nhỏ nhất bằng bao nhiêu độ? Làm tròn đến độ.

Câu hỏi có hữu ích?

Lời giải

Đáp án
8 7
Các bước giải
1
**Bước 1 — góc thành côsin, và chỉ hình chiếu còn tác dụng.** Vì u⃗⋅n⃗=0\vec u \cdot \vec n = 0, khi nhân u⃗\vec u với một vectơ thì phần theo n⃗\vec n của vectơ ấy bị triệt tiêu. Đặt
2
p⃗=a⃗∣a⃗∣−a⃗⋅n⃗∣a⃗∣∣n⃗∣2n⃗\vec p = \dfrac{\vec a}{\left|\vec a\right|} - \dfrac{\vec a \cdot \vec n}{\left|\vec a\right| \left|\vec n\right|^2}\vec n, q⃗=b⃗∣b⃗∣−b⃗⋅n⃗∣b⃗∣∣n⃗∣2n⃗\vec q = \dfrac{\vec b}{\left|\vec b\right|} - \dfrac{\vec b \cdot \vec n}{\left|\vec b\right| \left|\vec n\right|^2}\vec n,
3
thì p⃗≈(0,8018;−0,4009;−0,4009)\vec p \approx \left(0{,}8018; -0{,}4009; -0{,}4009\right) và q⃗≈(0,5121;−0,1921;−0,1921)\vec q \approx \left(0{,}5121; -0{,}1921; -0{,}1921\right), và với mọi u⃗\vec u hợp lệ ta có cos⁡(u⃗,a⃗)^=u⃗⋅p⃗\cos\widehat{\left(\vec u, \vec a\right)} = \vec u \cdot \vec p, cos⁡(u⃗,b⃗)^=u⃗⋅q⃗\cos\widehat{\left(\vec u, \vec b\right)} = \vec u \cdot \vec q.
4
Góc lớn hơn ứng với côsin nhỏ hơn, nên bài toán thành **cực đại hoá** T(u⃗)=min⁡(u⃗⋅p⃗,u⃗⋅q⃗)T\left(\vec u\right) = \min\left(\vec u \cdot \vec p, \vec u \cdot \vec q\right) trên nửa đường tròn ∣u⃗∣=1\left|\vec u\right| = 1, u⃗⋅n⃗=0\vec u \cdot \vec n = 0, u⃗⋅h⃗≥0\vec u \cdot \vec h \ge 0.
5
**Bước 2 — liệt kê ứng viên.** Trên nửa đường tròn ấy, u⃗⋅p⃗\vec u \cdot \vec p và u⃗⋅q⃗\vec u \cdot \vec q đều là hàm côsin theo góc quay, nên cực đại của hàm min⁡\min hai hàm ấy chỉ rơi vào bốn kiểu điểm:
6
đỉnh của nhánh p⃗\vec p, tức u⃗=p⃗∣p⃗∣\vec u = \dfrac{\vec p}{\left|\vec p\right|}; đỉnh của nhánh q⃗\vec q, tức u⃗=q⃗∣q⃗∣\vec u = \dfrac{\vec q}{\left|\vec q\right|};
7
**điểm cân bằng** hai nhánh, giải hệ u⃗⋅n⃗=0\vec u \cdot \vec n = 0, u⃗⋅(p⃗−q⃗)=0\vec u \cdot \left(\vec p - \vec q\right) = 0 rồi chuẩn hoá (hai hướng đối nhau);
8
**đầu cung an toàn**, giải hệ u⃗⋅n⃗=0\vec u \cdot \vec n = 0, u⃗⋅h⃗=0\vec u \cdot \vec h = 0 rồi chuẩn hoá (hai hướng đối nhau).
9
Bỏ những hướng không thoả u⃗⋅h⃗≥0\vec u \cdot \vec h \ge 0, còn lại:
10
<table><tr><th>u⃗\vec u</th><th>TT</th><th>(u⃗,a⃗)^\widehat{\left(\vec u, \vec a\right)}</th><th>(u⃗,b⃗)^\widehat{\left(\vec u, \vec b\right)}</th><th>Góc xấu hơn</th></tr><tr><td>(−0,714;−0,495;−0,495)\left(-0{,}714; -0{,}495; -0{,}495\right)</td><td>−0,1755-0{,}1755</td><td>100,11∘100{,}11^\circ</td><td>100,11∘100{,}11^\circ</td><td>100,11∘100{,}11^\circ</td></tr><tr><td>(0,391;0,651;0,651)\left(0{,}391; 0{,}651; 0{,}651\right)</td><td>−0,2088-0{,}2088</td><td>102,05∘102{,}05^\circ</td><td>92,87∘92{,}87^\circ</td><td>102,05∘102{,}05^\circ</td></tr><tr><td>(−0,391;−0,651;−0,651)\left(-0{,}391; -0{,}651; -0{,}651\right)</td><td>0,050{,}05</td><td>77,95∘77{,}95^\circ</td><td>87,13∘87{,}13^\circ</td><td>87,13∘87{,}13^\circ</td></tr></table>
11
**Bước 3 — chọn.** TT lớn nhất ở u⃗∗≈(−0,391;−0,651;−0,651)\vec u^* \approx \left(-0{,}391; -0{,}651; -0{,}651\right), thuộc kiểu **đầu cung an toàn**, cho góc xấu hơn 87,13∘87{,}13^\circ.
12
Lối quen tay lấy u⃗\vec u theo p⃗+q⃗\vec p + \vec q cho góc xấu hơn 168,78∘168{,}78^\circ — lớn hơn, vì hai hình chiếu **dài khác nhau** (∣p⃗∣≈0,982\left|\vec p\right| \approx 0{,}982, ∣q⃗∣≈0,58\left|\vec q\right| \approx 0{,}58) nên đường phân giác của chúng không phải chỗ hai côsin bằng nhau.
13
Vậy góc nhìn xấu hơn nhỏ nhất, làm tròn đến độ, là 87∘87^\circ.
Lời giải có hữu ích?
Xem dạng tự luận của câu này

Một trạm quan trắc lắp một trục ăng-ten trong hệ toạ độ OxyzOxyz. Hướng của trục ăng-ten là một vectơ đơn vị u⃗\vec u và bị hai điều kiện lắp đặt:
u⃗\vec u nằm trong mặt phẳng lắp đặt, tức u⃗⋅n⃗=0\vec u \cdot \vec n = 0 với n⃗=(0;1;−1)\vec n = \left(0; 1; -1\right);
u⃗\vec u phải hướng về nửa an toàn, tức u⃗⋅h⃗≥0\vec u \cdot \vec h \ge 0 với h⃗=(−5;2;1)\vec h = \left(-5; 2; 1\right).
Trục ăng-ten cần quan sát hai mục tiêu: cột phát AA theo hướng a⃗=(3;−1;−2)\vec a = \left(3; -1; -2\right) và cột phát BB theo hướng b⃗=(4;3;−6)\vec b = \left(4; 3; -6\right).
Tiêu chí thiết kế: chọn u⃗\vec u sao cho **góc nhìn xấu hơn** trong hai góc (u⃗,a⃗)^\widehat{\left(\vec u, \vec a\right)}, (u⃗,b⃗)^\widehat{\left(\vec u, \vec b\right)} là **nhỏ nhất có thể**. Các góc lấy trong [0∘;180∘]\left[0^\circ; 180^\circ\right].
Đưa bài toán về cực đại hoá min⁡(u⃗⋅p⃗,u⃗⋅q⃗)\min\left(\vec u \cdot \vec p, \vec u \cdot \vec q\right), lập tập ứng viên và nói rõ vì sao chỉ cần xét những kiểu điểm ấy, rồi tìm u⃗\vec u tối ưu và góc nhìn xấu hơn nhỏ nhất (làm tròn đến độ).

Đáp án 87 độ87\ \text{độ}

Câu hỏi cùng chủ đề

TN
Trong không gian OxyzOxyz, cho ba điểm A(3;1;3)A(3; 1; 3), B(7;5;5)B(7; 5; 5) và C(3;0;2)C(3; 0; 2). Tích vô hướng AB→⋅AC→\overrightarrow{AB} \cdot \overrightarrow{AC} bằng:
Trắc nghiệm Vectơ và hệ trục tọa độ trong không gian Nhận biết 34 2291
TLN
Trong không gian OxyzOxyz, cho ba điểm A(−1;−3;2)A(-1; -3; 2), B(−1;−4;1)B(-1; -4; 1) và C(1;−1;2)C(1; -1; 2). Góc giữa hai vectơ AB→\overrightarrow{AB} và CA→\overrightarrow{CA} bằng bao nhiêu độ?
Trả lời ngắn Vectơ và hệ trục tọa độ trong không gian Nhận biết 6 788
TN
Trong không gian OxyzOxyz, cho ba điểm A(3;3;2)A(3; 3; 2), B(1;1;2)B(1; 1; 2) và C(7;5;4)C(7; 5; 4). Giá trị của cos⁡BAC^\cos\widehat{BAC} bằng:
Trắc nghiệm Vectơ và hệ trục tọa độ trong không gian Thông hiểu 36 1886
ĐS
Trong không gian OxyzOxyz, cho ba điểm A(2;−2;0)A(2; -2; 0), B(1;−4;2)B(1; -4; 2) và C(0;0;1)C(0; 0; 1).
Đúng – Sai Vectơ và hệ trục tọa độ trong không gian Thông hiểu 12 1174
TN
Trong không gian OxyzOxyz, cho ba điểm A(2;0;3)A(2; 0; 3), B(3;−1;6)B(3; -1; 6) và C(6;−2;1)C(6; -2; 1). Góc giữa hai vectơ AB→\overrightarrow{AB} và CA→\overrightarrow{CA} bằng:
Trắc nghiệm Vectơ và hệ trục tọa độ trong không gian Vận dụng 4 425