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在平行四边形ABCD中,E是DC的中点,AE交BD于点M,|
AB
|=4,|
AD
|=2,
AB
AD
的夹角为
π
3

(1)若
AM
AC
BD
,求λ+3μ的值;
(2)当点P在平行四边形ABCD的边BC和CD上运动时,求
AP
AE
的取值范围.
考点:平面向量数量积的运算,向量加减混合运算及其几何意义
专题:平面向量及应用
分析:(1)如图所示,由于在平行四边形ABCD中,E是DC的中点,AE交BD于点M,可得
AM
=
2
3
AE
,利用三角形法则和共线定理可得
AE
=
AD
+
1
2
AB
,可得
AM
=
2
3
AD
+
1
3
AB
.利用三角形法则可得
AC
BD
,分别用
AD
AB
表示,代入
AM
AC
BD
,比较即可得出.
(2)通过建立直角坐标系,利用共线定理和及时性法则即可得出.
解答: 解:(1)如图所示,
∵在平行四边形ABCD中,E是DC的中点,AE交BD于点M,
AM
=
2
3
AE

AE
=
AD
+
DE
=
AD
+
1
2
DC
=
AD
+
1
2
AB

AM
=
2
3
(
AD
+
1
2
AB
)
=
2
3
AD
+
1
3
AB

AC
=
AD
+
AB
BD
=
AD
-
AB

代入
AM
AC
BD

可得
2
3
AD
+
1
3
AB
=λ(
AD
+
AB
)+μ(
AD
-
AB
)
=(λ+μ)
AD
+(λ-μ)
AB

λ+μ=
2
3
λ-μ=
1
3
,解得λ=
1
2
μ=
1
6

∴λ+3μ=
1
2
+3×
1
6
=1.
(2)如图所示,建立直角坐标系.
则A(0,0),B(4,0),C(5,
3
)
D(1,
3
)
E(3,
3
)

AB
=(4,0)=
DC
BC
=(1,
3
)
=
AD
AE
=(3,
3
)
,.
①当点P位于边BC上时,设
BP
BC
(0≤λ≤1).
AP
=
AB
+
BP
=
AB
BC
=(4,0)+λ(1,
3
)
=(4+λ,
3
λ)

AP
AE
=(4+λ,
3
λ)•(3,
3
)

=3(4+λ)+3λ
=6λ+12,
∵0≤λ≤1,∴12≤6λ+12≤18.
AP
AE
的取值范围是[12,18].
②当点P位于边CD上时,设
DP
DC
(0≤μ≤1).
AP
=
AD
+
DP
=
AD
DC
=(1,
3
)+μ(4,0)
=(1+4μ,
3
)

AP
AE
=(1+4μ,
3
)•(3,
3
)
=3(1+4μ)+3=12μ+6.
∵0≤μ≤1,∴6≤12μ+6≤18.
AP
AE
的取值范围是[6,18].
综上①②可知:
AP
AE
的取值范围是[6,18].
点评:本题考查了向量的三角形法则、共线定理、线性运算、一次函数的单调性、数量积等基础知识与基本技能方法,属于难题.
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