Let $\vec a,\vec b$ and $\vec c$ be three vectors having magnitudes 1, 1 and 2 respectively. If $\vec a × (\vec a×\vec c) + \vec b = \vec 0$, then the acute angle between $\vec a$ and $\vec c$ is
Answer & explanation
Correct answer: option 2
We have, $|\vec a|=1,|\vec b|=1$ and $|\vec c|=2$
Also,
$\vec a × (\vec a×\vec c) + \vec b = \vec 0$
$⇒(\vec a. \vec c) \vec a-(\vec a. \vec a) \vec c +\vec b=\vec 0$
$⇒(\vec a. \vec c) \vec a-\vec c +\vec b=\vec 0$ $[∵\vec a. \vec a=|\vec a|^2=1]$
$⇒(\vec a. \vec c) \vec a-\vec c=-\vec b$
$⇒|(\vec a. \vec c) \vec a-\vec c|=|-\vec b|$
$⇒|(\vec a. \vec c) \vec a-\vec c|^2=|\vec b|^2$
$⇒|(\vec a. \vec c) \vec a|^2+|\vec c|^2-2\{(\vec a. \vec c)\vec a. \vec c\}=|\vec b|^2$
$⇒(\vec a. \vec c)^2|\vec a|^2+|\vec c|^2-2(\vec a. \vec c)(\vec a. \vec c)=|\vec b|^2$
$⇒(\vec a. \vec c)^2\{|\vec a|^2-2\}+|\vec c|^2=|\vec b|^2$
$⇒-(\vec a. \vec c)^2+4=1$
$⇒(\vec a. \vec c)^2=3$
$⇒\vec a. \vec c=±\sqrt{3}$
$⇒|\vec a||\vec c|\cos θ=\sqrt{3}$,
where θ is an acute angle between $\vec a$ and $\vec c$
$⇒\cos θ=\frac{\sqrt{3}}{2}⇒θ=π/6$