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假設 \(\vec{a}\) 與 \(\vec{c}\) 的夾角為 \(\alpha\),\(\vec{a}\) 與 \(\vec{b}\) 的夾角為 \(\beta\),\(\vec{b}\) 與 \(\vec{c}\) 的夾角為 \(\gamma\),
(我想~你猜得到~我想要的結論就是 \(\cos\alpha=\cos\beta=0\))
(先思考一下已知的訊息好了~)
\(\left|x\vec{a}+y\vec{b}+\vec{c}\right|\geq\left|x\vec{a}\right|\)
\(\Leftrightarrow \left(x\vec{a}+y\vec{b}+\vec{c}\right)\cdot\left(x\vec{a}+y\vec{b}+\vec{c}\right)\geq\left(x\vec{a}\right)\cdot\left(x\vec{a}\right)\)
\(\Leftrightarrow y^2\left|\vec{b}\right|^2+\left|\vec{c}\right|^2+2x\vec{a}\cdot\vec{c}+2y\vec{b}\cdot\vec{c}+xy\vec{a}\cdot\vec{b}\geq0\)
\(\Rightarrow y^2+1+2x\cos\alpha+2y\cos\gamma+2xy\cos\beta\) ‧‧‧‧‧(*)
上式對任意實數 \(x,y\) 需恆成立。
在(*)中,取 \(y=0\),可得 \(1+2x\cos\alpha\geq0\) 對任意實數 \(x\) 恆成立,因此 \(\cos\alpha=0\)
(註:若 \(\cos\alpha\) 非零,則可取 \(\displaystyle x=-\frac{1}{\cos\alpha}\),使得 \(1+2x\cos\alpha=-1<0\),
因此 \(\cos\alpha\) 非要是零不可,不然不可能對任意實數 \(x\) 都可以使 \(1+2x\cos\alpha\geq0\) 成立!)
將 \(\cos\alpha=0\) 帶入(*),可得 \(y^2+1+2y\cos\gamma+2xy\cos\beta\geq0\) 對任意實數 \(x,y\) 皆成立,
在上式中取 \(y=1\),可得 \(2+2\cos\gamma+x\cos\beta\geq0\) 對任意實數 \(x\) 恆成立,因此 \(\cos\beta=0\)
(註:若 \(\cos\beta\) 非零,可以自己想想要怎樣取適當的 \(x\) ,才可以產生矛盾~)
故,\(\cos\alpha=\cos\beta=0\Rightarrow\vec{a}\perp\vec{b}\) 且 \(\vec{a}\perp\vec{c}\)