Задача 46. Даны векторы \(\vec a\left( {x;\,-2} \right)\) и \(\vec b\left( {0;\,y} \right),\) косинус угла между которыми равен  \(\frac{1}{{\sqrt 5 }}.\) Найдите x. Если таких значений несколько, в ответ запишите меньшее из них.

Ответ

ОТВЕТ:  \(-4\).

Решение

По определению скалярного произведения:

\(\vec a \cdot \vec b = \left| {\vec a} \right| \cdot \left| {\vec b} \right|\cos \left( {\widehat {\vec a\vec b}} \right).\)

Если даны векторы \(\vec a\left( {{x_1};{y_1}} \right)\) и \(\vec b\left( {{x_2};{y_2}} \right)\), то скалярное произведение векторов \(\vec a\) и \(\vec b\) равно: 

\(\vec a \cdot \vec b = {x_1} \cdot {x_2} + {y_1} \cdot {y_2}\).

Длина вектора \(\vec d\left( {x;y} \right)\) равна:  \(\left| {\vec d} \right| = \sqrt {{x^2} + {y^2}} .\) Тогда:

\(x \cdot 0-2 \cdot y = \sqrt {{x^2} + {{\left( {-2} \right)}^2}}  \cdot \sqrt {{0^2} + {y^2}}  \cdot \frac{1}{{\sqrt 5 }}\,\,\,\,\,\,\,\, \Leftrightarrow \,\,\,\,\,\,\,\,\,-2y = \frac{1}{{\sqrt 5 }}\left| y \right| \cdot \sqrt {{x^2} + 4} .\)

Если \(y > 0\), то последнее уравнение не имеет решений. Поэтому \(y \le 0\) и \(\left| y \right| = -y\). Тогда:

\(y\sqrt {{x^2} + 4} -2\sqrt 5 y = 0\,\,\,\,\,\,\,\,\,\, \Leftrightarrow \,\,\,\,\,\,\,\,\,y \cdot \left( {\sqrt {{x^2} + 4} -2\sqrt 5 } \right) = 0\,\,\,\,\,\,\,\,\, \Leftrightarrow\,\,\,\,\,\,\,\,\,\left[ {\begin{array}{*{20}{c}}{y = 0,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,}\\{\sqrt {{x^2} + 4} -2\sqrt 5  = 0.}\end{array}} \right. \)

Если \(y = 0\), то вектор  \(\vec b\)  будет иметь координаты \(\vec b\left( {0;0} \right)\), то есть он будет нулевым, что невозможно.

\(\sqrt {{x^2} + 4}  = 2\sqrt 5 \,\,\,\,\,\,\,\, \Leftrightarrow \,\,\,\,\,\,\,{x^2} + 4 = 20\,\,\,\,\,\,\,\, \Leftrightarrow \,\,\,\,\,\,\,\,{x^2} = 16\,\,\,\,\,\,\,\, \Leftrightarrow \,\,\,\,\,\,\,\,\left[ {\begin{array}{*{20}{c}}{x = -4,}\\{x = 4.\,\,\,}\end{array}} \right.\)

Следовательно, наименьшее значение \(x = -4.\)

Ответ:  \(-4\).