设 $\overrightarrow a$ 是已知的平面向量且 $\overrightarrow a\neq \overrightarrow 0$,关于向量 $\overrightarrow a$ 的分解,有如下四个命题:
① 给定向量 $\overrightarrow b$,总存在向量 $\overrightarrow c$,使 $\overrightarrow a=\overrightarrow b +\overrightarrow c$;
② 给定向量 $\overrightarrow b$ 和 $\overrightarrow c$,总存在实数 $\lambda$ 和 $\mu$,使 $\overrightarrow a=\lambda\overrightarrow b+ \mu \overrightarrow c$;
③ 给定单位向量 $\overrightarrow b$ 和正数 $\mu$,总存在单位向量 $\overrightarrow c$ 和实数 $\lambda$,使 $\overrightarrow a=\lambda \overrightarrow b+\mu \overrightarrow c$;
④ 给定正数 $\lambda$ 和 $\mu$,总存在单位向量 $\overrightarrow b$ 和单位向量 $\overrightarrow c$,使 $\overrightarrow a=\lambda \overrightarrow b+\mu \overrightarrow c$.
上述命题中的向量 $\overrightarrow b$、$\overrightarrow c$ 和 $\overrightarrow a$ 在同一平面内且两两不共线,则真命题的个数是 \((\qquad)\)
A: $1$
B: $2$
C: $3$
D: $4$
【难度】
【出处】
2013年高考广东卷(文)
【标注】
  • 题型
    >
    向量
    >
    向量创新题
  • 知识点
    >
    向量
    >
    向量的运算
    >
    向量的线性运算
【答案】
B
【解析】
对于这类同时包含全称量词和特称量词的命题,我们可以利用“攻守战”来理解.在本题中,作战的大环境为已知非零向量 $\overrightarrow a$,双方作战的基本规则为保证向量 $\overrightarrow a$、向量 $\overrightarrow b$、向量 $\overrightarrow c$ 在同一个平面内,且两两不共线.在每个命题中“进攻方”与“防守方”都拥有一定的资源,比如在命题 ① 中,“进攻方”掌握的资源为 $\overrightarrow b$,而作为“防守方”,掌握的资源为 $\overrightarrow c$.我们需要同时扮演双方,并且推断出在双方都足够聪明的情况下,哪一方有必胜的策略.
①“防守方”必胜
对任意的向量 $\overrightarrow b$,取$$\overrightarrow c=\overrightarrow a-\overrightarrow b.$$考虑到 $\overrightarrow b$ 与 $\overrightarrow a$ 不共线,于是显然有 $\overrightarrow c$ 既不与 $\overrightarrow a$ 共线,也不与 $\overrightarrow b$ 共线,符合题设.此时就有$$\overrightarrow a= \overrightarrow b+\overrightarrow c$$成立,“防守方”稳操胜券,因此命题 ① 正确.
②“防守方”必胜
对任意给定的不共线向量 $\overrightarrow b$ 和 $\overrightarrow c$,它们构成平面的一组基底.因此根据平面向量分解的基本定理,平面上的任意向量(包括且不限于向量 $\overrightarrow a$)都可以由向量 $\overrightarrow b$ 和 $\overrightarrow c$ 唯一线性表示,“防守方”防守得无懈可击,因此命题 ② 正确.
③“进攻方”必胜
作为“进攻方”,我们首先给出与向量 $\overrightarrow a$ 不共线的向量 $\overrightarrow b$.考虑到“防守方”握有实数 $\lambda$,因此 $\lambda \overrightarrow b$ 可以遍布向量 $\overrightarrow b$ 所在的整条基线.此时考虑“防守方”为了达到目的,就要使得$$\mu \overrightarrow c=\overrightarrow a-\lambda\overrightarrow b.$$$\overrightarrow a-\lambda \overrightarrow b$ 有无数种可能,如图.此时“进攻方”还拥有一张王牌——实数 $\mu$,我们发现“防守方”的重要资源之一向量 $\overrightarrow c$ 有致命缺陷——长度为 $1$,于是可以采用以下策略保证“进攻方”必胜:令 $\mu$ 为向量 $\overrightarrow a$ 的终点到向量 $\overrightarrow b$ 的基线距离的一半,则向量 $\mu \overrightarrow c$ 会受到长度的限制而无法成为无数个向量 $\overrightarrow a-\lambda \overrightarrow b$ 中的任何一个,因此命题 ③ 错误.
④“进攻方”必胜
有了 ③ 的经验,这次“进攻方”的获胜要简单很多.由于“防守方”的资源——向量 $\overrightarrow b$ 和向量 $\overrightarrow c$ 的长度均被限制为 $1$,于是可以令$$\lambda=\mu=\dfrac 13\left|\overrightarrow a\right|,$$则无论如何向量 $\lambda \overrightarrow b+\mu \overrightarrow c$ 的长度不超过 $\dfrac 23\left|\overrightarrow a\right|$,因此等式$$ \overrightarrow a=\lambda \overrightarrow b+\mu \overrightarrow c$$无法成立,“进攻方”轻松获胜,因此命题 ④ 错误.
综上,只有命题 ①② 为真命题.
题目 答案 解析 备注
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