内容正文:
第02讲 平面向量中数量积的运算与应用
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串讲知识:思维导图串讲知识点,有的放矢
重点速记:知识点和关键点梳理,查漏补缺
举一反三:核心考点能举一反三,能力提升
复习提升:真题感知+提升专练,全面突破
知识点01 平面向量的数量积
1、平面向量数量积的定义
已知两个非零向量与,我们把数量叫做与的数量积(或内积),
记作,即=,规定:零向量与任一向量的数量积为0.
2、平面向量数量积的几何意义
投影向量:设a,b是两个非零向量,如图(1)(2),表示向量a,表示向量b,过点A作所在直线的垂线,垂足为点A1.我们将上述由向量a得到向量的变换称为向量a向向量b投影,向量称为向量a在向量b上的投影向量.
,
向量a在向量b上的投影向量为(|a|cosθ).
3、数量积的运算律
已知向量、、和实数,则:
①;②;③.
4、数量积的性质
设、都是非零向量,是与方向相同的单位向量,是与的夹角,则
①.②.
③当与同向时,;当与反向时,.
特别地,或.
④.⑤.
5、数量积的坐标运算与几何表示
已知非零向量,,为向量、的夹角.
结论
几何表示
坐标表示
模
数量积
夹角
的充要
条件
的充要
条件
与
的关系
(当且仅当时等号成立)
【常用结论】
(1)在上的投影是一个数量,它可以为正,可以为负,也可以等于0.
(2)两个向量,的夹角为锐角⇔且,不共线;
两个向量,的夹角为钝角⇔且,不共线.
【考点一:数量积的运算】
一、单选题
1.(24-25高一下·甘肃张掖·期中)已知向量与的夹角为,,,则的值为( )
A. B. C. D.
【答案】B
【分析】根据平面向量数量积的运算律即可求解.
【详解】由题得.
故选:B.
2.(2025·宁夏陕西·模拟预测)已知向量.若,则的值为( )
A.10 B.6 C.3 D.
【答案】A
【分析】应用向量线性运算及数量积的坐标表示列方程求参数值.
【详解】由题设,则,可得.
故选:A
3.(24-25高一下·四川·期中)已知等边三角形ABC的边长为,则( )
A.3 B. C.6 D.
【答案】D
【分析】确定向量之间的夹角,根据数量积的定义计算,即可得答案.
【详解】由题意可知等边三角形的边长为2,
则的夹角为,以及的夹角也为,
则,同理,
故,
故选:D..
4.(24-25高一下·河南·期中)已知在边长为的正方形中,点满足,则( )
A. B. C. D.
【答案】B
【分析】根据向量线性运算与数量积的定义直接求解即可.
【详解】
.
故选:B.
5.(24-25高一下·天津和平·期中)已知是边长为2的等边三角形,点D,E分别是边AB,BC的中点,连接DE并延长到点F,使得,则的值为( )
A. B. C.1 D.
【答案】B
【分析】设,,根据平面向量的线性运算可得,进而利用平面向量的数量积的运算律求解即可.
【详解】设,,则,
点D,E分别是边AB,BC的中点,,
,,
则,
.
故选:B.
6.(24-25高一下·河南·阶段练习)如图,在等腰梯形中,,,分别为,的中点,与交于点,则( )
A. B.2 C. D.1
【答案】D
【分析】根据平面向量共线定理求出,再由平面向量的线性运算和数量积的定义求解即可.
【详解】因为,分别为,的中点,所以,,
有,所以,
分别过作,则,
所以,在直角三角形中,易得,
设,
因为D,O,F三点共线,所以,即,
故,
,
故选:D.
【考点二:模的运算】
一、单选题
1.(24-25高一下·湖北·开学考试)已知,,且,则( )
A.4 B.2 C. D.1
【答案】A
【分析】根据向量的数量积运算列方程,求得,进而求得.
【详解】因为,解得,
则,
则,
则
故选:A
2.(24-25高一下·宁夏石嘴山·期中)已知单位向量与单位向量的夹角为45°,则( )
A.2 B. C. D.1
【答案】D
【分析】根据模长公式即可求解.
【详解】,
故选:D
3.(24-25高一下·北京·期中)已知平面向量与的夹角为,,,则( )
A. B. C. D.
【答案】B
【分析】由向量的模长公式代入计算,即可得到结果.
【详解】
.
故选:B
4.(24-25高一下·浙江·期中)设平面内三个非共线的单位向量两两之间的夹角相等,则( )
A.1 B. C.5 D.
【答案】B
【分析】先根据题意确定两两之间的夹角,然后根据模长公式求解即可.
【详解】因为平面内三个非共线的单位向量两两之间的夹角相等,所以,所以
所以.
故选:B
5.(24-25高一上·江苏镇江·阶段练习)在ABC中,,,,与BE的交点为,若,则的长为( )
A. B. C.2 D.
【答案】C
【分析】借助向量线性运算法则与三点共线定理可得,再利用向量数量积公式计算即可得解.
【详解】令,,由,,
则,,
则,
由、、三点共线,故,即,
即,则
,
解得,即的长为.
故选:C.
6.(24-25高一下·山东青岛·阶段练习)是的外心,,存在,使.若,则的长为( )
A.5 B. C. D.4
【答案】B
【分析】取的中点,得到,由向量的数量积的几何意义,得到,,再由,结合条件代入即可求得即可.
【详解】如图所示,分别取的中点,连接,
因为是的外心,所以,且,
则,
,
又因为,且,
所以
,所以,即的长为.
故选:B.
【考点三:夹角的运算】
一、单选题
1.(24-25高一下·河南·阶段练习)已知向量,,则( )
A. B. C. D.
【答案】D
【分析】求得的坐标,再根据向量夹角的坐标计算公式,求解即可.
【详解】由题可得:,故,
又,,
故.
故选:D.
2.(24-25高一下·河南·阶段练习)若向量,满足,,且,则向量与夹角的余弦值为( )
A. B. C. D.
【答案】B
【分析】先求出,再根据平面向量的夹角公式求解即可.
【详解】因为,,且,
所以,
设向量与的夹角为,
则.
故选:B.
3.(24-25高一下·全国·课后作业)已知,若与的夹角是钝角,则实数m的取值范围是( )
A. B.
C. D.
【答案】B
【分析】根据平面向量夹角公式进行求解即可.
【详解】由与的夹角是钝角,得,解得,
且与的夹角不等于,
则与不反向共线,即,解得,
所以实数m的取值范围是,
故选:B
4.(24-25高一下·广西·期中)已知均为单位向量,若,则与夹角的大小等于( )
A. B. C. D.
【答案】C
【分析】根据向量数量积的线性运算与模长计算即可得,再根据向量夹角余弦公式即可得夹角大小.
【详解】已知,由得,
两边平方可得,所以,
则,可得,
则,由于,所以,
故与夹角的大小等于.
故选:C.
5.(23-24高一下·湖北·期末)在中,已知.点是边BC上靠近的三等分点.AD的长等于边AB上的高,则( )
A.3 B. C. D.
【答案】C
【分析】使用向量法建立,得到从而得到结果.
【详解】如图,所以,
则,即,
由,所以,
所以,,可得或(舍),故,
所以.
故选:C.
【考点四:垂直问题】
一、单选题
1.(24-25高一下·江苏连云港·阶段练习)已知向量,若,则等于( )
A. B. C. D.
【答案】C
【分析】由向量加法的坐标运算得到,由得,由向量数量积的坐标运算求得的值.
【详解】因为,所以,
因为,所以,所以,
故选:C.
2.(24-25高一下·重庆涪陵·阶段练习)已知单位向量的夹角为与垂直,则( )
A. B. C. D.1
【答案】C
【分析】根据数量积的定义求出,依题意可得,根据数量积的运算律计算可得;
【详解】因为单位向量、的夹角为,所以,
又与垂直,所以,即,
即,解得,
故选:C.
3.(24-25高一下·天津·期中)已知向量满足,,且,则( )
A. B. C. D.1
【答案】A
【分析】根据及可构建方程组,解得.
【详解】∵,∴ ①,
②,
由①②解得,∴ ,
故选:A.
4.(2024高一·全国·专题练习)在平面直角坐标系中,点,,,若,则( )
A.1 B. C. D.2
【答案】A
【分析】由题意,求出,的坐标,利用向量垂直的坐标表示列示求出,进而求出.
【详解】因为,,所以,,
又,所以,
所以,
因为,所以,即,
解得,所以,所以.
故选:A.
5.(24-25高一下·江苏宿迁·期中)设, 是两个非零向量,且, , 则与的夹角是( )
A. B. C. D.
【答案】C
【分析】由,,得,,化简后结合向量的夹角公式可求得结果.
【详解】因为,所以,
所以,①
因为,所以,
所以,②
由②①,得,则,
所以,得,所以,
因为, 是两个非零向量,
所以,
因为,所以.
故选:C
6.(23-24高一上·山西·期末)已知平面四边形的四条边,,,的中点依次为E,F,G,H,且,则四边形一定为( )
A.正方形 B.菱形 C.矩形 D.直角梯形
【答案】C
【分析】由中位线定理可得四边形为平行四边形,结合已知以及,化简整理得,即,进一步即可得解.
【详解】
由题意结合中位线定理可得,,
所以,即四边形为平行四边形.
,
,
,
,
,即,即,
所以,又,所以,
同理由中位线定理可得,所以,
故四边形为矩形.
故选:C.
【考点五:投影向量的求法】
一、单选题
1.(2025·湖南·二模)已知,则在上的投影向量为( )
A. B. C.. D.
【答案】D
【分析】计算,根据投影向量的计算公式直接计算即可.
【详解】因为,所以,
在上的投影向量为.
故选:D
2.(24-25高一下·河南信阳·期中)已知向量,的夹角为,且,则在上的投影向量为( )
A. B. C. D.
【答案】A
【分析】根据投影向量公式即可得解.
【详解】在上的投影向量为.
故选:A
3.(24-25高一下·浙江温州·期中)已知中,,,则在上的投影向量为( )
A. B. C. D.
【答案】C
【分析】由数量积为0可知进而求出三角形边长,再由投影向量定义计算可得结果.
【详解】根据题意可得,由勾股定理可知;
则在上的投影向量为.
故选:C
4.(24-25高一上·湖北襄阳·期末)已知平面向量与满足:在方向上的投影向量为在方向上的投影向量为,且,则( )
A.2 B.3 C. D.4
【答案】C
【分析】根据投影向量的定义,即可求解.
【详解】在方向上的投影向量为,即,①
在方向上的投影向量为,即,②
由①②得,又,所以.
故选:C
5.(24-25高一下·山东威海·期中)若非零向量,满足,则在方向上的投影向量为( )
A. B. C. D.
【答案】D
【分析】利用得到,再利用投影向量的公式代入求出的等式即可求得结果.
【详解】因为,所以两边平方得到:,
在方向上的投影向量为,
故选:D
6.(24-25高一下·江苏苏州·期中)已知中,为的中点,且,则向量在向量上的投影向量为( )
A. B. C. D.
【答案】C
【分析】结合已知利用数量积的运算律得,则有,进而结合几何性质利用投影向量的概念求解即可.
【详解】由两边平方得,即,所以.
因为为中点,所以在向量上的投影向量为.
故选:C
一、单选题
1.(24-25高一下·河北邢台·阶段练习)已知,是两个不共线的向量,向量,共线,则( )
A. B. C. D.
【答案】B
【分析】根据平面向量共线定理及基本定理得到方程组,解得即可.
【详解】因为,共线,所以设,
又,是两个不共线的向量,所以,解得.
故选:B
2.(24-25高一下·山东枣庄·期中)在中,为中点,点为上靠近点的一个三等分点,若,则( )
A. B. C. D.
【答案】D
【分析】根据条件,利用向量的中线公式及向量的线性运算,即可求解.
【详解】因为,所以,
又,由题知,
所以,则,
故选:D
3.(24-25高一下·陕西渭南·期中)若向量满足,且,则( )
A.2 B. C.1 D.
【答案】B
【分析】根据给定条件,利用垂直关系的向量表示和数量积的运算律列式求解.
【详解】由,得,
因此,所以.
故选:B
4.(24-25高一下·北京·期中)已知向量,则( )
A.A、B、C三点共线
B.A、B、D三点共线
C.A、C、D三点共线
D.B、C、D三点共线
【答案】B
【分析】先利用向量坐标运算得到相应的向量,再计算向量共线所满足的关系式,看是否为0,得到结论.
【详解】A选项,由于,故不共线,
所以A、B、C三点不共线,A错误;
B选项,,
由于,故共线,A、B、D三点共线,B正确;
C选项,,
由于,故不共线,A、C、D三点不共线,C错误;
D选项,,故不共线,B、C、D三点不共线,D错误.
故选:B
5.(24-25高一下·北京·期中)如图,在平行四边形ABCD中,M是AB的中点,DM与AC交于点N,设,则( )
A.
B.
C.
D.
【答案】A
【分析】根据平行四边形ABCD中,M是AB的中点,得到,从而利用向量基本定理得到.
【详解】平行四边形ABCD中,M是AB的中点,故,
则,所以,
.
故选:A
6.(24-25高一下·福建泉州·期中)已知向量,,且向量在向量上的投影向量为,则( )
A. B. C. D.
【答案】C
【分析】根据投影向量公式计算得出,再根据夹角余弦公式计算求解.
【详解】因为向量,,且向量在向量上的投影向量为,
则,所以,
所以.
故选:C.
7.(24-25高一下·江苏南京·阶段练习)在中,,,为线段上一点,且满足,若,,则的值为( )
A. B. C. D.
【答案】B
【分析】根据三点共线求出,利用向量的线性运算用表示,结合数量积的运算律可得结果.
【详解】
∵,∴,
∵,∴,
∵三点共线,∴,故,
∴.
∵,
∴,
∵,,,
∴.
故选:B.
8.(24-25高一下·云南·期中)若是的边上的一点(不包含端点),且,则的最小值是( )
A.4 B.6 C.8 D.12
【答案】C
【分析】根据共线向量定理的推论得,然后利用基本不等式求解最小值即可.
【详解】因为是的边上的一点(不包含端点)且,
可得,,,
则,
当且仅当,即时,等号成立.
故选:C
二、多选题
9.(24-25高一下·广东江门·期中)已知向量,,则下列说法正确的是( )
A.当时, B.当时,
C.当时,在上的投影向量为 D.当与的夹角为锐角时,的取值范围为.
【答案】ACD
【分析】根据判断A,根据向量共线的坐标表示判断B,根据投影向量的定义判断C,根据且不同向判断D.
【详解】对于A:若,则,解得,故A正确;
对于B:若,则,解得,故B错误;
对于C:当时,,所以,,
所以在上的投影向量为,故C正确.
对于D:当与夹角为锐角时,则,解得,此时向量不同向,
所以当与的夹角为锐角时,的取值范围为,故D正确;
故选:ACD.
10.(24-25高一下·山东青岛·期中)如图,在梯形ABCD中,,,,,,,AC交BM于,则( )
A. B.
C. D.
【答案】ACD
【分析】利用向量运算求得,,然后利用结合数量积运算律建立方程求解判断C,由向量线性运算得,然后结合数量积的运算律及模的运算求解判断D,利用平面向量基本定理和三点共线的向量推论求得判断A,利用向量的线性运算求得判断B.
【详解】因为,,
所以
,所以,故C正确;
因为,所以,故D正确;
设,则,又三点共线,
所以,
由平面向量基本定理得,解得,所以,
则,
所以,故A正确,B错误.
故选:ACD.
三、填空题
11.(24-25高一下·吉林长春·期中)已知平面向量、满足,,且,则 .
【答案】
【分析】利用平面向量数量积的运算性质得出,即可求出的值.
【详解】因为平面向量、满足,,且,
则,
故,因此.
故答案为:.
12.(24-25高一下·江苏常州·期中)设平面向量 若则平面向量的坐标是 .(写出其中一个的坐标)
【答案】(答案不唯一)
【分析】根据向量的夹角公式即可求解.
【详解】设,
由则,故,化简可得,
取,则,
故,
故答案为:(答案不唯一)
13.(24-25高一下·北京·期中)已知向量,,若,则 ,若存在实数 m,使得方向相反,则t的取值范围为 .
【答案】 3
【分析】利用相等相量的坐标相等可求的值;利用,,求解可得t的取值范围.
【详解】因为向量,,若,则且,解得;
存在实数m,使得,方向相反,
即存在实数,使得,,可得且,
解得,
由得:,所以t的取值范围为
故答案为:①3;②.
14.(23-24高一下·重庆·期中)已知的内角的对边分别为,若则边上的中线的长为 .
【答案】7
【分析】利用余弦定理求出,然后由两边平方即可得解.
【详解】在中,由余弦定理得,
因为为边上的中线,所以,
所以,
所以,即的长为7.
故答案为:7
15.(24-25高一下·天津·期中)已知,若与的夹角为锐角,则实数的取值范围是 .
【答案】且
【分析】由两向量的夹角为锐角得两向量的数量积大于0且两向量不共线求解即可.
【详解】因,
由,解得,
若与的夹角为锐角,
则,且与不共线,
由,即,解得,
由与不共线,可得,
故实数的取值范围为且.
故答案为:且.
16.(24-25高一下·上海闵行·期中)已知中的边,,,若为边上的动点,则 .
【答案】
【分析】利用基底表示出,结合数量积的运算可得答案.
【详解】依题意设。,
则,,
所以
因为,
所以,
所以.
故答案为:2
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第02讲 平面向量中数量积的运算与应用
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知识点01 平面向量的数量积
1、平面向量数量积的定义
已知两个非零向量与,我们把数量叫做与的数量积(或内积),
记作,即=,规定:零向量与任一向量的数量积为0.
2、平面向量数量积的几何意义
投影向量:设a,b是两个非零向量,如图(1)(2),表示向量a,表示向量b,过点A作所在直线的垂线,垂足为点A1.我们将上述由向量a得到向量的变换称为向量a向向量b投影,向量称为向量a在向量b上的投影向量.
,
向量a在向量b上的投影向量为(|a|cosθ).
3、数量积的运算律
已知向量、、和实数,则:
①;②;③.
4、数量积的性质
设、都是非零向量,是与方向相同的单位向量,是与的夹角,则
①.②.
③当与同向时,;当与反向时,.
特别地,或.
④.⑤.
5、数量积的坐标运算与几何表示
已知非零向量,,为向量、的夹角.
结论
几何表示
坐标表示
模
数量积
夹角
的充要
条件
的充要
条件
与
的关系
(当且仅当时等号成立)
【常用结论】
(1)在上的投影是一个数量,它可以为正,可以为负,也可以等于0.
(2)两个向量,的夹角为锐角⇔且,不共线;
两个向量,的夹角为钝角⇔且,不共线.
【考点一:数量积的运算】
一、单选题
1.(24-25高一下·甘肃张掖·期中)已知向量与的夹角为,,,则的值为( )
A. B. C. D.
2.(2025·宁夏陕西·模拟预测)已知向量.若,则的值为( )
A.10 B.6 C.3 D.
3.(24-25高一下·四川·期中)已知等边三角形ABC的边长为,则( )
A.3 B. C.6 D.
4.(24-25高一下·河南·期中)已知在边长为的正方形中,点满足,则( )
A. B. C. D.
5.(24-25高一下·天津和平·期中)已知是边长为2的等边三角形,点D,E分别是边AB,BC的中点,连接DE并延长到点F,使得,则的值为( )
A. B. C.1 D.
6.(24-25高一下·河南·阶段练习)如图,在等腰梯形中,,,分别为,的中点,与交于点,则( )
A. B.2 C. D.1
【考点二:模的运算】
一、单选题
1.(24-25高一下·湖北·开学考试)已知,,且,则( )
A.4 B.2 C. D.1
2.(24-25高一下·宁夏石嘴山·期中)已知单位向量与单位向量的夹角为45°,则( )
A.2 B. C. D.1
3.(24-25高一下·北京·期中)已知平面向量与的夹角为,,,则( )
A. B. C. D.
4.(24-25高一下·浙江·期中)设平面内三个非共线的单位向量两两之间的夹角相等,则( )
A.1 B. C.5 D.
5.(24-25高一上·江苏镇江·阶段练习)在ABC中,,,,与BE的交点为,若,则的长为( )
A. B. C.2 D.
6.(24-25高一下·山东青岛·阶段练习)是的外心,,存在,使.若,则的长为( )
A.5 B. C. D.4
【考点三:夹角的运算】
一、单选题
1.(24-25高一下·河南·阶段练习)已知向量,,则( )
A. B. C. D.
2.(24-25高一下·河南·阶段练习)若向量,满足,,且,则向量与夹角的余弦值为( )
A. B. C. D.
3.(24-25高一下·全国·课后作业)已知,若与的夹角是钝角,则实数m的取值范围是( )
A. B.
C. D.
4.(24-25高一下·广西·期中)已知均为单位向量,若,则与夹角的大小等于( )
A. B. C. D.
5.(23-24高一下·湖北·期末)在中,已知.点是边BC上靠近的三等分点.AD的长等于边AB上的高,则( )
A.3 B. C. D.
【考点四:垂直问题】
一、单选题
1.(24-25高一下·江苏连云港·阶段练习)已知向量,若,则等于( )
A. B. C. D.
2.(24-25高一下·重庆涪陵·阶段练习)已知单位向量的夹角为与垂直,则( )
A. B. C. D.1
3.(24-25高一下·天津·期中)已知向量满足,,且,则( )
A. B. C. D.1
4.(2024高一·全国·专题练习)在平面直角坐标系中,点,,,若,则( )
A.1 B. C. D.2
5.(24-25高一下·江苏宿迁·期中)设, 是两个非零向量,且, , 则与的夹角是( )
A. B. C. D.
6.(23-24高一上·山西·期末)已知平面四边形的四条边,,,的中点依次为E,F,G,H,且,则四边形一定为( )
A.正方形 B.菱形 C.矩形 D.直角梯形
【考点五:投影向量的求法】
一、单选题
1.(2025·湖南·二模)已知,则在上的投影向量为( )
A. B. C.. D.
2.(24-25高一下·河南信阳·期中)已知向量,的夹角为,且,则在上的投影向量为( )
A. B. C. D.
3.(24-25高一下·浙江温州·期中)已知中,,,则在上的投影向量为( )
A. B. C. D.
4.(24-25高一上·湖北襄阳·期末)已知平面向量与满足:在方向上的投影向量为在方向上的投影向量为,且,则( )
A.2 B.3 C. D.4
5.(24-25高一下·山东威海·期中)若非零向量,满足,则在方向上的投影向量为( )
A. B. C. D.
6.(24-25高一下·江苏苏州·期中)已知中,为的中点,且,则向量在向量上的投影向量为( )
A. B. C. D.
一、单选题
1.(24-25高一下·河北邢台·阶段练习)已知,是两个不共线的向量,向量,共线,则( )
A. B. C. D.
2.(24-25高一下·山东枣庄·期中)在中,为中点,点为上靠近点的一个三等分点,若,则( )
A. B. C. D.
3.(24-25高一下·陕西渭南·期中)若向量满足,且,则( )
A.2 B. C.1 D.
4.(24-25高一下·北京·期中)已知向量,则( )
A.A、B、C三点共线
B.A、B、D三点共线
C.A、C、D三点共线
D.B、C、D三点共线
5.(24-25高一下·北京·期中)如图,在平行四边形ABCD中,M是AB的中点,DM与AC交于点N,设,则( )
A.
B.
C.
D.
6.(24-25高一下·福建泉州·期中)已知向量,,且向量在向量上的投影向量为,则( )
A. B. C. D.
7.(24-25高一下·江苏南京·阶段练习)在中,,,为线段上一点,且满足,若,,则的值为( )
A. B. C. D.
8.(24-25高一下·云南·期中)若是的边上的一点(不包含端点),且,则的最小值是( )
A.4 B.6 C.8 D.12
二、多选题
9.(24-25高一下·广东江门·期中)已知向量,,则下列说法正确的是( )
A.当时, B.当时,
C.当时,在上的投影向量为 D.当与的夹角为锐角时,的取值范围为.
10.(24-25高一下·山东青岛·期中)如图,在梯形ABCD中,,,,,,,AC交BM于,则( )
A. B.
C. D.
三、填空题
11.(24-25高一下·吉林长春·期中)已知平面向量、满足,,且,则 .
12.(24-25高一下·江苏常州·期中)设平面向量 若则平面向量的坐标是 .(写出其中一个的坐标)
13.(24-25高一下·北京·期中)已知向量,,若,则 ,若存在实数 m,使得方向相反,则t的取值范围为 .
14.(23-24高一下·重庆·期中)已知的内角的对边分别为,若则边上的中线的长为 .
15.(24-25高一下·天津·期中)已知,若与的夹角为锐角,则实数的取值范围是 .
16.(24-25高一下·上海闵行·期中)已知中的边,,,若为边上的动点,则 .
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