Exams Joint Entrance Examination Mathematics Vector Algebra Question 17 Question 17 of 379 Hard MCQ
Let a ⃗ = 2 i ^ − j ^ + k ^ \vec{a}=2\hat{i}-\hat{j}+\hat{k} a = 2 i ^ − j ^ + k ^ and b ⃗ = λ j ^ + 2 k ^ , λ ∈ Z \vec{b}=\lambda \hat{j}+2\hat{k},\lambda \in Z b = λ j ^ + 2 k ^ , λ ∈ Z be two vectors. Let c ⃗ = a ⃗ × b ⃗ \vec{c}=\vec{a}\times \vec{b} c = a × b and d ⃗ \vec{d} d be a vector of magnitude 2 in y z yz y z -plane. If ∣ c ⃗ ∣ = 53 |\vec{c}|=\sqrt{53} ∣ c ∣ = 53 , then the maximum possible value of ( c ⃗ ⋅ d ⃗ ) 2 (\vec{c}\cdot \vec{d}{)}^{2} ( c ⋅ d ) 2 is equal to :
Solutions · 1 Post your solution Official solution
c ⃗ = a ⃗ × b ⃗ = ∣ i ⃗ j ⃗ k ⃗ 2 1 1 0 λ 2 ∣ = ( 2 − λ ) i ⃗ − j ⃗ ( 4 ) + ( 2 λ ) k ⃗ ∣ c ⃗ ∣ 2 = 53 ⇒ ( 2 − λ ) 2 + 16 + ( 2 λ ) 2 = 53 = 5 λ 2 − 4 λ − 33 = 0 ⇒ 5 λ 2 − 15 λ + 11 λ − 33 = 0 ⇒ 5 λ ( λ − 3 ) + 11 ( λ − 3 ) = 0 ⇒ ( λ − 3 ) ( 5 λ + 11 ) = 0 ⇒ λ = 3 , λ ≠ − 11 5 ( ∵ λ ∈ Z ) ∴ c ⃗ = ( − 1 , − 4 , 6 ) \begin{gathered} \vec{c}=\vec{a}\times \vec{b}=|\begin{array}{|c|}\vec{i} \quad \vec{j} \quad \vec{k} \\ 2 \quad 1 \quad 1 \\ 0 \quad \lambda \quad 2\end{array}|=(2-\lambda )\vec{i}-\vec{j}(4)+(2\lambda )\vec{k} \\ |\vec{c}{|}^{2}=53\Rightarrow (2-\lambda {)}^{2}+16+(2\lambda {)}^{2}=53=5{\lambda }^{2}-4\lambda -33=0 \\ \Rightarrow 5{\lambda }^{2}-15\lambda +11\lambda -33=0 \\ \Rightarrow 5\lambda (\lambda -3)+11(\lambda -3)=0 \\ \Rightarrow (\lambda -3)(5\lambda +11)=0 \\ \Rightarrow \lambda =3,\lambda \ne -\frac{11}{5}\, \, \, \, \, (\because \lambda \in Z) \\ \therefore \vec{c}=(-1,-4,6) \end{gathered} c = a × b = ∣ i j k 2 1 1 0 λ 2 ∣ = ( 2 − λ ) i − j ( 4 ) + ( 2 λ ) k ∣ c ∣ 2 = 53 ⇒ ( 2 − λ ) 2 + 16 + ( 2 λ ) 2 = 53 = 5 λ 2 − 4 λ − 33 = 0 ⇒ 5 λ 2 − 15 λ + 11 λ − 33 = 0 ⇒ 5 λ ( λ − 3 ) + 11 ( λ − 3 ) = 0 ⇒ ( λ − 3 ) ( 5 λ + 11 ) = 0 ⇒ λ = 3 , λ = − 5 11 ( ∵ λ ∈ Z ) ∴ c = ( − 1 , − 4 , 6 )
Let ∴ d ⃗ = ( 0 , y , z ) \therefore \vec{d}=(0,y,z) ∴ d = ( 0 , y , z )
Given ∣ d ⃗ ∣ = 2 ⇒ y 2 + z 2 = 4 |\vec{d}|=2\Rightarrow {y}^{2}+{z}^{2}=4 ∣ d ∣ = 2 ⇒ y 2 + z 2 = 4
c ⃗ . d ⃗ = 0 − 4 y + 6 z ( c ⃗ . d ⃗ ) 2 = ( − 4 y + 6 z ) 2 = 16 y 2 + 36 z 2 − 48 y z = 16 y 2 + 36 ( 4 − y 2 ) − 48 y ⋅ 4 − y 2 \begin{gathered} \vec{c}.\vec{d}=0-4y+6z \\ (\vec{c}.\vec{d}{)}^{2}=(-4y+6z{)}^{2} \\ =16{y}^{2}+36{z}^{2}-48yz \\ =16{y}^{2}+36(4-{y}^{2})-48y\cdot \sqrt{4-{y}^{2}} \end{gathered} c . d = 0 − 4 y + 6 z ( c . d ) 2 = ( − 4 y + 6 z ) 2 = 16 y 2 + 36 z 2 − 48 y z = 16 y 2 + 36 ( 4 − y 2 ) − 48 y ⋅ 4 − y 2
Let f ( y ) = − 20 y 2 + 144 − 48 y 4 − y 2 f(y)=-20{y}^{2}+144-48y\sqrt{4-{y}^{2}} f ( y ) = − 20 y 2 + 144 − 48 y 4 − y 2
f 1 ( y ) = − 40 y − 48 ( 4 − y 2 ) − 48 y ( 1 2 4 − y 2 ) ( − 2 y ) = − 40 y − 48 ( 4 − y 2 − y 2 4 − y 2 ) f 1 ( y ) = 0 ⇐ 40 y = 96 ( y 2 − 2 4 − y 2 ) ⇒ 5 y 4 − y 2 = 12 ( y 2 − 2 ) ⇒ 25 y 2 ( 4 − y 2 ) = 144 ( y 4 + 4 − 4 y 2 ) = 169 y 4 − 676 y 2 + 576 = 0 = 169 y 4 − 208 y 2 − 468 y 2 + 576 = 0 ⇒ 13 y 2 ( 13 y 2 − 16 ) − 36 ( 13 y 2 − 16 ) = 0 ⇒ y 2 = 16 13 ( ) 36 13 ⇒ y = ± 4 13 ( ) ± 6 13 ∴ ( c ⃗ . d ⃗ ) 2 = 208 \begin{gathered} {f}^{1}(y)=-40y-48(\sqrt{4-{y}^{2}})-48y(\frac{1}{2\sqrt{4-{y}^{2}}})(-2y) \\ =-40y-48(\frac{4-{y}^{2}-{y}^{2}}{\sqrt{4-{y}^{2}}}) \\ {f}^{1}(y)=0\Leftarrow 40y=96(\frac{{y}^{2}-2}{\sqrt{4-{y}^{2}}}) \\ \Rightarrow 5y\sqrt{4-{y}^{2}}=12({y}^{2}-2) \\ \Rightarrow 25{y}^{2}(4-{y}^{2})=144({y}^{4}+4-4{y}^{2}) \\ =169{y}^{4}-676{y}^{2}+576=0 \\ =169{y}^{4}-208{y}^{2}-468{y}^{2}+576=0 \\ \Rightarrow 13{y}^{2}(13{y}^{2}-16)-36(13{y}^{2}-16)=0 \\ \Rightarrow {y}^{2}=\frac{16}{13}()\frac{36}{13} \\ \Rightarrow y=\pm \frac{4}{\sqrt{13}}()\pm \frac{6}{\sqrt{13}} \\ \therefore (\vec{c}.\vec{d}{)}^{2}=208 \end{gathered} f 1 ( y ) = − 40 y − 48 ( 4 − y 2 ) − 48 y ( 2 4 − y 2 1 ) ( − 2 y ) = − 40 y − 48 ( 4 − y 2 4 − y 2 − y 2 ) f 1 ( y ) = 0 ⇐ 40 y = 96 ( 4 − y 2 y 2 − 2 ) ⇒ 5 y 4 − y 2 = 12 ( y 2 − 2 ) ⇒ 25 y 2 ( 4 − y 2 ) = 144 ( y 4 + 4 − 4 y 2 ) = 169 y 4 − 676 y 2 + 576 = 0 = 169 y 4 − 208 y 2 − 468 y 2 + 576 = 0 ⇒ 13 y 2 ( 13 y 2 − 16 ) − 36 ( 13 y 2 − 16 ) = 0 ⇒ y 2 = 13 16 ( ) 13 36 ⇒ y = ± 13 4 ( ) ± 13 6 ∴ ( c . d ) 2 = 208 Answer the question to unlock