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CIE 9709 2026 June Paper 33 Q11

A Level / CIE / P3

CIE 9709 2026 June Paper 33 Paper · Question 11

题目

Problem

The points AA and BB have position vectors (4−12)\begin{pmatrix}4\\-1\\2\end{pmatrix} and (−1−35)\begin{pmatrix}-1\\-3\\5\end{pmatrix} respectively. The line tt passes through the points AA and BB.

(a) Find a vector equation for tt.

(2)

The line ss has equation

r=(215)+μ(−3−45).\mathbf{r}=\begin{pmatrix}2\\1\\5\end{pmatrix}+\mu\begin{pmatrix}-3\\-4\\5\end{pmatrix}.

(b) Find the acute angle between ss and tt.

(3)

(c) Find the length of the perpendicular from AA to ss.

(5)
题目中文翻译

点 AA 和 BB 的位置向量分别为 (4−12)\begin{pmatrix}4\\-1\\2\end{pmatrix} 和 (−1−35)\begin{pmatrix}-1\\-3\\5\end{pmatrix}。直线 tt 经过点 AA 和 BB。

(a) 求直线 tt 的一个向量方程。

(2)

直线 ss 的方程为

r=(215)+μ(−3−45).\mathbf{r}=\begin{pmatrix}2\\1\\5\end{pmatrix}+\mu\begin{pmatrix}-3\\-4\\5\end{pmatrix}.

(b) 求直线 ss 与 tt 之间的锐角。

(3)

(c) 求从点 AA 到直线 ss 的垂线段的长度。

(5)
原卷通用作答要求

Answer all questions. You should use a calculator where appropriate.

You must show all necessary working clearly; no marks will be given for unsupported answers from a calculator.

Give non-exact numerical answers correct to 3 significant figures, or 1 decimal place for angles in degrees, unless a different level of accuracy is specified in the question.

请回答所有题目。适当时应使用计算器。必须清楚展示所有必要的计算过程;仅给出计算器答案而没有过程,不予评分。除非题目另有精度要求,非精确数值答案保留 3 位有效数字,以度为单位的角度保留 1 位小数。

解答

(a)

解法一

思路

展开

取 AB→\overrightarrow{AB} 作方向向量,并以 AA 作固定点。

答题过程

展开

The direction is AB→=(−5,−2,3)\overrightarrow{AB}=(-5,-2,3). A vector equation is

t:r=(4−12)+λ(−5−23),λ∈R.t:\quad\mathbf r=\begin{pmatrix}4\\-1\\2\end{pmatrix} +\lambda\begin{pmatrix}-5\\-2\\3\end{pmatrix}, \qquad \lambda\in\mathbb R.

(b)

解法一

思路

展开

两直线的夹角由方向向量决定。用数量积除以模长之积,再取反余弦,并选择锐角。

答题过程

展开

The direction vectors are d=(−5,−2,3)\mathbf d=(-5,-2,3) and e=(−3,−4,5)\mathbf e=(-3,-4,5). Their dot product is 3838, and their moduli are 38\sqrt{38} and 50\sqrt{50}. Hence the acute angle ϕ\phi satisfies

cos⁡ϕ= 383850,ϕ= 29.33387…∘= 29.3∘(1 decimal place).\begin{align*} \cos\phi=&\,\frac{38}{\sqrt{38}\sqrt{50}},\\[4mm] \phi=&\,29.33387\ldots^\circ\\[4mm] =&\,29.3^\circ\quad\text{(1 decimal place)}. \end{align*}

(c)

解法一

思路

展开

设垂足为直线 ss 上的一般点。垂线方向与直线方向的数量积为零,据此求参数,再算距离。

答题过程

展开

A general point QQ on ss gives

AQ→=(−2−3μ, 2−4μ, 3+5μ).\overrightarrow{AQ}=(-2-3\mu,\ 2-4\mu,\ 3+5\mu).

At the foot of the perpendicular, AQ→⋅(−3,−4,5)=0\overrightarrow{AQ}\cdot(-3,-4,5)=0. Thus

 −3(−2−3μ)−4(2−4μ)+5(3+5μ)=0, 6+9μ−8+16μ+15+25μ=0, 13+50μ=0.\begin{align*} &\,-3(-2-3\mu)-4(2-4\mu)+5(3+5\mu)=0,\\[4mm] &\,6+9\mu-8+16\mu+15+25\mu=0,\\[4mm] &\,13+50\mu=0. \end{align*}

Hence μ=−13/50\mu=-13/50, so AQ→=(−61,152,85)/50\overrightarrow{AQ}=(-61,152,85)/50. The squared length is

AQ2= 612+1522+852502= 340502500=68150.\begin{align*} AQ^2=&\,\frac{61^2+152^2+85^2}{50^2}\\[4mm] =&\,\frac{34050}{2500}=\frac{681}{50}. \end{align*}

Thus the perpendicular length is 681/50≈3.69\sqrt{681/50}\approx3.69.

解法二

思路

展开

也可将 AA 到直线一般点的距离平方作为参数的二次函数。它的最小值就是垂距的平方。

答题过程

展开

For QQ on ss,

AQ2= 50μ2+26μ+17= 50(μ+1350)2+68150.\begin{align*} AQ^2=&\,50\mu^2+26\mu+17\\[4mm] =&\,50\bigg(\mu+\frac{13}{50}\bigg)^2+\frac{681}{50}. \end{align*}

The minimum occurs at μ=−13/50\mu=-13/50, giving the perpendicular distance 681/50≈3.69\sqrt{681/50}\approx3.69.

解法三

思路

展开

选取直线上的固定点,先求该点到 AA 的向量在直线方向上的投影。用直角三角形的勾股定理求垂距。

答题过程

展开

Let P=(2,1,5)P=(2,1,5) on ss. Then PA→=(2,−2,−3)\overrightarrow{PA}=(2,-2,-3), with squared length 1717. Its scalar projection on the direction (−3,−4,5)(-3,-4,5) is

(2,−2,−3)⋅(−3,−4,5)50=−1350.\frac{(2,-2,-3)\cdot(-3,-4,5)}{\sqrt{50}} =-\frac{13}{\sqrt{50}}.

By Pythagoras, the perpendicular distance is

17−16950=68150≈3.69.\sqrt{17-\frac{169}{50}}=\sqrt{\frac{681}{50}}\approx3.69.

解法四

思路

展开

还可用向量积表示固定点到 AA 的向量和直线方向向量所张成的平行四边形面积。面积除以底边长,就是垂距。

答题过程

展开

With P=(2,1,5)P=(2,1,5) and e=(−3,−4,5)\mathbf e=(-3,-4,5),

PA→×e= ((−2)5−(−3)(−4), (−3)(−3)−2(5), 2(−4)−(−2)(−3))= (−22,−1,−14).\begin{align*} \overrightarrow{PA}\times\mathbf e =&\,\bigl((-2)5-(-3)(-4),\\[4mm] &\,\hspace{2pt}(-3)(-3)-2(5),\\[4mm] &\,\hspace{4pt}2(-4)-(-2)(-3)\bigr)\\[4mm] =&\,(-22,-1,-14). \end{align*}

The perpendicular distance is

∣PA→×e∣∣e∣= 222+1+14250= 68150≈3.69.\begin{align*} \frac{|\overrightarrow{PA}\times\mathbf e|}{|\mathbf e|} =&\,\frac{\sqrt{22^2+1+14^2}}{\sqrt{50}}\\[4mm] =&\,\sqrt{\frac{681}{50}}\approx3.69. \end{align*}