91学 首页 > 数学 > 高考题 > 2025 > 2025年上海春 > 正文 返回 打印

2025年高考数学上海春-12

  2026-10-10 17:45:41  

(5分)在平面中,$\overrightarrow{{e}_{1}}$和$\overrightarrow{{e}_{2}}$是互相垂直的单位向量,向量$\overrightarrow{a}$满足$\vert \overrightarrow{a}-4\overrightarrow{{e}_{1}}\vert =2$,向量$\overrightarrow{b}$满足$\vert \overrightarrow{b}-6\overrightarrow{{e}_{2}}\vert =1$,则$\overrightarrow{b}$在$\overrightarrow{a}$方向上的数量投影的最大值____.
〖答案〗4.
〖分析〗设$\overrightarrow{OA}=\overrightarrow{a},\overrightarrow{OB}=\overrightarrow{b}$,根据题意求得$A$、$B$所在圆的圆心和半径,然后根据数量投影的意义,结合图形求得$\overrightarrow{b}$在$\overrightarrow{a}$方向上的数量投影的最大值.
〖解答〗解:根据题意不妨设$\overrightarrow{{e}_{1}}=(1,0)$,$\overrightarrow{{e}_{2}}=(0,1)$,$\overrightarrow{a}=(x,y)$,$\overrightarrow{b}=(m,n)$,
则$\overrightarrow{a}-4\overrightarrow{{e}_{1}}=(x-4,y),\overrightarrow{b}-6\overrightarrow{{e}_{2}}=(m,n-6)$,
由$\vert \overrightarrow{a}-4\overrightarrow{{e}_{1}}\vert =2$可得$(x-4)^{2}+y^{2}=4$,
由$\vert \overrightarrow{b}-6\overrightarrow{{e}_{2}}\vert =1$可得$m^{2}+(n-6)^{2}=1$,
设$\overrightarrow{OA}=\overrightarrow{a},\overrightarrow{OB}=\overrightarrow{b}$,故$A$在以$C_{1}(4,0)$为圆心,2为半径的圆上,
$B$在以$C_{2}(0,6)$为圆心,1为半径的圆上,
过$B$作$BD\bot OA$于$D$,则$OD$即为$\overrightarrow{b}$在$\overrightarrow{a}$上的数量投影,如下所示:

因为$A$,$B$分别为两圆上任意动点,不妨固定$B$,则$OB$为定长,
设$ <  \overrightarrow{a},\overrightarrow{b} >  =\theta$,即$\angle AOB=\theta$,故$\vert OD\vert =\vert OB\vert \cdot \cos \theta$,
因为此时$\vert OB\vert$为定长,且$\theta =\angle AOB < 180^\circ$,
故随着$\theta$的减小,$\cos \theta$增大,直至$OA$恰好与圆$C_{1}$相切时,$\vert OD\vert$取得最大值,如下所示:

在$OA$与圆$C_{1}$相切的基础上,移动点$B$,过$C_{2}$作$C_{2}E\bot OA$于$E$,故$\vert OD\vert =\vert OE\vert +\vert ED\vert$;

在△$C_{1}AO$中,$\angle C_{1}AO=90^\circ$,$C_{1}A=2$,$OC_{1}=4$,
故$\angle AOC_{1}=30^\circ$,$\angle C_{2}OE=60^\circ$,因为$\vert OC_{2}\vert =6$,
故在直角三角形$C_{2}OE$中,$\vert OC_{2}\vert =2\vert OE\vert$,则$OE=3$,即$\vert OD\vert =\vert OE\vert +\vert ED\vert =3+\vert ED\vert$;
在四边形$BDEC_{2}$中,因为$\angle DEC_{2}=\angle C_{2}ED=90^\circ$,故$\vert DE\vert \leqslant \vert BC_{2}\vert =1$,

当且仅当$BC_{2}//DE$时等号成立,从而$\vert OD\vert =3+\vert ED\vert \leqslant 3+1=4$,
综上所述:$\overrightarrow{b}$在$\overrightarrow{a}$方向上的数量投影的最大值为4.
故答案为:4.
〖点评〗本题考查平面向量与直线和圆的位置关系的综合应用,属难题.

http://x.91apu.com//shuxue/gkt/2025/2025shc/2026-10-10/34565.html