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CalcGospel 國際數學圖譜
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CIE 9709 2024 November Paper 31 Q9

A Level / CIE / P3

CIE 9709 2024 Nov Paper 31 Paper · Question 9

题目

Problem

The position vector of point AA relative to the origin OO is OA→=8i−5j+6k\overrightarrow{OA}=8\mathbf{i}-5\mathbf{j}+6\mathbf{k}. The line ll passes through AA and is parallel to the vector 2i+j+4k2\mathbf{i}+\mathbf{j}+4\mathbf{k}.

(a) State a vector equation for ll.

(2)

(b) The position vector of point BB relative to the origin OO is OB→=−ti+4tj+3tk\overrightarrow{OB}=-t\mathbf{i}+4t\mathbf{j}+3t\mathbf{k}, where tt is a constant. The line ll also passes through BB.

Find the value of tt.

(3)

(c) The line mm has vector equation

r=5i−j+2k+μ(ai−j+3k).\mathbf{r}=5\mathbf{i}-\mathbf{j}+2\mathbf{k}+\mu(a\mathbf{i}-\mathbf{j}+3\mathbf{k}).

The acute angle between the directions of ll and mm is θ\theta, where cos⁡θ=16\cos\theta=\frac1{\sqrt6}.

Find the possible values of aa.

(5)
题目中文翻译

点 AA 相对于原点 OO 的位置向量为 OA→=8i−5j+6k\overrightarrow{OA}=8\mathbf{i}-5\mathbf{j}+6\mathbf{k}。 直线 ll 经过 AA,且平行于向量 2i+j+4k2\mathbf{i}+\mathbf{j}+4\mathbf{k}。

(a) 写出直线 ll 的一个向量方程。

(2)

(b) 点 BB 相对于原点 OO 的位置向量为 OB→=−ti+4tj+3tk\overrightarrow{OB}=-t\mathbf{i}+4t\mathbf{j}+3t\mathbf{k},其中 tt 为常数。直线 ll 也经过 BB。

求 tt 的值。

(3)

(c) 直线 mm 的向量方程为

r=5i−j+2k+μ(ai−j+3k).\mathbf{r}=5\mathbf{i}-\mathbf{j}+2\mathbf{k}+\mu(a\mathbf{i}-\mathbf{j}+3\mathbf{k}).

直线 ll 与 mm 的方向之间的锐角为 θ\theta,其中 cos⁡θ=16\cos\theta=\frac1{\sqrt6}。

求 aa 的可能值。

(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

已知直线上一点与平行方向,直接写参数向量方程。

答题过程

展开

A vector equation is

r=(8−56)+λ(214),λ∈R.\boxed{\mathbf r= \begin{pmatrix}8\\-5\\6\end{pmatrix} +\lambda\begin{pmatrix}2\\1\\4\end{pmatrix}, \quad\lambda\in\mathbb R}.

(b)

解法一

思路

展开

把点 BB 的三个分量与直线参数形式比较,先联立两项求值,再验证第三项。

答题过程

展开

Since BB is on ll,

−t= 8+2λ,4t= −5+λ,3t= 6+4λ.\begin{align*} -t=&\,8+2\lambda,\\[4mm] 4t=&\,-5+\lambda,\\[4mm] 3t=&\,6+4\lambda. \end{align*}

From the second component, λ=4t+5\lambda=4t+5. Substituting in the first,

−t=8+2(4t+5)=18+8t,-t=8+2(4t+5)=18+8t,

so t=−2t=-2 and λ=−3\lambda=-3.

The third component checks: 3t=−6=6+4(−3)3t=-6=6+4(-3). Hence t=−2\boxed{t=-2}.

(c)

解法一

思路

展开

锐角公式使用点积绝对值,所以两个方向分支都可以保留。平方后解二次方程并检查。

答题过程

展开

The direction vectors are (2,1,4)(2,1,4) and (a,−1,3)(a,-1,3). Their scalar product is 2a+112a+11, and their moduli are 21\sqrt{21} and a2+10\sqrt{a^2+10}.

For the acute angle,

∣2a+11∣21a2+10=16.\frac{|2a+11|}{\sqrt{21}\sqrt{a^2+10}} =\frac1{\sqrt6}.

Squaring and multiplying through,

6(2a+11)2=21(a2+10).6(2a+11)^2=21(a^2+10).

Expanding and simplifying,

24a2+264a+726= 21a2+210,a2+88a+172= 0,(a+2)(a+86)= 0.\begin{align*} 24a^2+264a+726=&\,21a^2+210,\\[4mm] a^2+88a+172=&\,0,\\[4mm] (a+2)(a+86)=&\,0. \end{align*}

Both candidates satisfy the original absolute-value equation, since the denominators are positive. Thus

a=−2ora=−86.\boxed{a=-2\quad\text{or}\quad a=-86}.