已知菱形ABCD 的边长为a, A B C = 6 0 ^…——2015 高考数学第 4 题答案解析

2015_省自主命题(山东)

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4.已知菱形ABCD 的边长为a, $\angle A B C = 6 0 ^ { \circ }$ ,则 $\overrightarrow { B D } \cdot \overrightarrow { C D } = \mathrm { ~ ( ~ \Gamma ~ ) ~ }$ A $- { \frac { 3 } { 2 } } a ^ { 2 }$ B $- { \frac { 3 } { 4 } } a ^ { 2 }$ C ${ \frac { 3 } { 4 } } a ^ { 2 }$ D ${ \frac { 3 } { 2 } } a ^ { 2 }$

Answer key

D

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在菱形 $ABCD$ 中,$\overrightarrow{CD} = \overrightarrow{BA}$。
因此,$\overrightarrow{BD} \cdot \overrightarrow{CD} = \overrightarrow{BD} \cdot \overrightarrow{BA}$。

根据向量加法法则,$\overrightarrow{BD} = \overrightarrow{BA} + \overrightarrow{BC}$。
代入上式得:
$$ \overrightarrow{BD} \cdot \overrightarrow{BA} = (\overrightarrow{BA} + \overrightarrow{BC}) \cdot \overrightarrow{BA} = \overrightarrow{BA}^2 + \overrightarrow{BC} \cdot \overrightarrow{BA} $$

已知菱形边长为 $a$,即 $|\overrightarrow{BA}| = |\overrightarrow{BC}| = a$。
又因为 $\angle ABC = 60^{\circ}$,所以 $\overrightarrow{BA}$ 与 $\overrightarrow{BC}$ 的夹角为 $60^{\circ}$。

计算各项数值:
1. $\overrightarrow{BA}^2 = |\overrightarrow{BA}|^2 = a^2$
2. $\overrightarrow{BC} \cdot \overrightarrow{BA} = |\overrightarrow{BC}| |\overrightarrow{BA}| \cos 60^{\circ} = a \cdot a \cdot \frac{1}{2} = \frac{1}{2}a^2$

综上:
$$ \overrightarrow{BD} \cdot \overrightarrow{CD} = a^2 + \frac{1}{2}a^2 = \frac{3}{2}a^2 $$

故选 D。

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