解答题
第 311 / 311 题
如图,已知$|\overrightarrow{AB}|=|\overrightarrow{AC}|=2$,$\overrightarrow{AB}⋅\overrightarrow{AC}=2$,$P_{1}$、$P_{2}$、$⋯P_{n}\left(n∈N^{*}\right)$是线段$BC$上的分点,且满足$\overrightarrow{BP_{1}}=\overrightarrow{P_{1}P_{2}}=\overrightarrow{P_{2}P_{3}}=⋯=\overrightarrow{P_{n−1}P_{n}}=\overrightarrow{P_{n}C}$.
(1)判断$△ABC$的形状;
(2)当$n=2$时,求$|\overrightarrow{AB}+\overrightarrow{AP_{1}}+\overrightarrow{AP_{2}}+\overrightarrow{AC}|$的值;
(3)当$n=3$时,若$P$为线段$AP_{3}$上的动点,求$\overrightarrow{PA}⋅\overrightarrow{PC}$的最小值,并指出当$\overrightarrow{PA}⋅\overrightarrow{PC}$取最小值时点$P$的位置.
📖 解析
(1)由$\overrightarrow{AB}⋅\overrightarrow{AC}=2$得$\cos∠BAC=\frac{1}{2}$,$∠BAC=60°$,故$△ABC$为等边三角形.
(2)$n=2$时$P_{1},P_{2}$为BC的三等分点,$\overrightarrow{AB}+\overrightarrow{AC}+\overrightarrow{AP_{1}}+\overrightarrow{AP_{2}}=4\overrightarrow{AO}$,$|\overrightarrow{AO}|=\sqrt{3}$,故和为$4\sqrt{3}$.
(3)设$\overrightarrow{AP}=t\overrightarrow{AP_{3}}(0≤t≤1)$,则$\overrightarrow{PA}⋅\overrightarrow{PC}=\frac{1}{4}(13t^{2}-14t)$,当$t=\frac{7}{13}$时取最小值$−\frac{49}{52}$.