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2019-2020年高考數(shù)學總復習 第五章 平面向量教案 理 新人教A版
考綱要求:1.了解向量的實際背景.
2.理解平面向量的概念,理解兩個向量相等的含義.
3.理解向量的幾何表示.
4.掌握向量加法、減法的運算,并理解其幾何意義.
5.掌握向量數(shù)乘的運算及其幾何意義,理解兩個向量共線的含義.
6.了解向量線性運算的性質(zhì)及其幾何意義.
1.向量的有關(guān)概念
(1)向量:既有大小又有方向的量叫做向量,向量的大小叫做向量的模.
(2)零向量:長度為0的向量,其方向是任意的.
(3)單位向量:長度等于1個單位的向量.
(4)平行向量:方向相同或相反的非零向量,又叫共線向量.規(guī)定:0與任一向量共線.
(5)相等向量:長度相等且方向相同的向量.
(6)相反向量:長度相等且方向相反的向量.
2.向量的線性運算
向量運算
定義
法則(或幾何意義)
運算律
加法
求兩個向量和的運算
交換律:a+b=b+a;結(jié)合律:(a+b)+c=a+(b+c)
減法
求a與b的相反向量-b的和的運算
a-b=a+(-b)
數(shù)乘
求實數(shù)λ與向量a的積的運算
|λa|=|λ||a|,當λ>0時,λa與a的方向相同;當λ<0時,λa與a的方向相反;當λ=0時,λa=0
λ(μ a)=(λ μ)a;(λ+μ)a=λa+μa;λ(a+b)=λa+λb
3.共線向量定理
向量a(a≠0)與b共線的充要條件是存在唯一一個實數(shù)λ,使得b=λa.
1.判斷下列結(jié)論的正誤.(正確的打“√”,錯誤的打“”)
(1)向量不能比較大小,但向量的??梢员容^大?。? )
(2)向量與有向線段是一樣的,因此可以用有向線段來表示向量.( )
( )
(4)向量a-b與b-a是相反向量.( )
(5)若a∥b,b∥c,則a∥c.( )
(6)向量與向量是共線向量,則A,B,C,D四點在一條直線上.( )
(7)當兩個非零向量a,b共線時,一定有b=λa,反之成立.( )
答案:(1)√ (2) (3)√ (4)√ (5) (6) (7)√
2.如圖,設(shè)O是正六邊形ABCDEF的中心,則圖中與相等的向量有________.
3.化簡:
4.已知a與b是兩個不共線的向量,且向量a+λb與-(b-3a)共線,則λ=________.
答案:-
[典題1] (1)給出下列命題:
①若|a|=|b|,則a=b;
②若A,B,C,D是不共線的四點,則是四邊形ABCD為平行四邊形的充要條件;
③若a=b,b=c,則a=c;
④a=b的充要條件是|a|=|b|且a∥b.
其中正確命題的序號是( )
A.②③ B.①② C.③④ D.①④
(2)給出下列命題:
①兩個具有公共終點的向量,一定是共線向量;
②兩個向量不能比較大小,但它們的模能比較大??;
③λa=0(λ為實數(shù)),則λ必為零;
④λ,μ為實數(shù),若λa=μb,則a與b共線.
其中錯誤的命題的個數(shù)為( )
A.1 B.2
C.3 D.4
[聽前試做] (1)①不正確.兩個向量的長度相等,但它們的方向不一定相同.
②正確.
又A,B,C,D是不共線的四點,
∴四邊形ABCD為平行四邊形;
反之,若四邊形ABCD為平行四邊形,
③正確.∵a=b,∴a,b的長度相等且方向相同,
又b=c,∴b,c的長度相等且方向相同,
∴a,c的長度相等且方向相同,故a=c.
④不正確.當a∥b且方向相反時,即使|a|=|b|,也不能得到a=b,故|a|=|b|且a∥b不是a=b的充要條件,而是必要不充分條件.
綜上所述,正確命題的序號是②③.故選A.
(2)①錯誤,兩向量共線要看其方向而不是起點或終點.
②正確,因為向量既有大小,又有方向,故它們不能比較大小,但它們的模均為實數(shù),故可以比較大小.
③錯誤,當a=0時,不論λ為何值,λa=0.
④錯誤,當λ=μ=0時,λa=μb=0,此時,a與b可以是任意向量.故選C.
答案:(1)A (2)C
(1)相等向量具有傳遞性,非零向量的平行也具有傳遞性.
(2)共線向量即平行向量,它們均與起點無關(guān).
(3)向量可以平移,平移后的向量與原向量是相等向量.解題時,不要把它與函數(shù)圖象移動混為一談.
(4)非零向量a與的關(guān)系:是a方向上的單位向量.
(2)設(shè)D,E分別是△ABC的邊AB,BC上的點,AD=AB,BE=BC.若 (λ1,λ2為實數(shù)),則λ1+λ2的值為________.
答案:(1)A (2)
答案:
向量線性運算的解題策略
(1)常用的法則是平行四邊形法則和三角形法則,一般共起點的向量求和用平行四邊形法則,求差用三角形法則,求首尾相連向量的和用三角形法則.
(2)找出圖形中的相等向量、共線向量,將所求向量與已知向量轉(zhuǎn)化到同一個平行四邊形或三角形中求解.
[典題3] 設(shè)兩個非零向量a和b不共線.
(1)若=a+b,=2a+8b,=3(a-b).求證:A、B、D三點共線.
(2)試確定實數(shù)k,使ka+b和a+kb共線.
(2)因為ka+b與a+kb共線,
所以存在實數(shù)λ,使ka+b=λ(a+kb),
即解得k=1.
即k=1時,ka+b與a+kb共線.
[探究1] 若將本例(1)中“=2a+8b”改為“=a+mb”,則m為何值時,A、B、D三點共線?
即4a+(m-3)b=λ(a+b),∴解得m=7.
故當m=7時,A、B、D三點共線.
[探究2] 若將本例(2)中的“共線”改為“反向共線”,則k為何值?
解:因為ka+b與a+kb反向共線,
所以存在實數(shù)λ,使ka+b=λ(a+kb)(λ<0),
所以所以k=1.
又λ<0,k=λ,所以k=-1.
故當k=-1時兩向量反向共線.
(1)證明三點共線問題,可用向量共線來解決,但應(yīng)注意向量共線與三點共線的區(qū)別與聯(lián)系,當兩向量共線且有公共點時,才能得出三點共線.
(2)向量a,b共線是指存在不全為零的實數(shù)λ1,λ2,使λ1a+λ2b=0成立;若λ1a+λ2b=0,當且僅當λ1=λ2=0時成立,則向量a,b不共線.
1.已知a,b是兩個不共線的非零向量,且a與b起點相同.若a,tb,(a+b)三向量的終點在同一直線上,則t=________.
解析:∵a,tb,(a+b)三向量的終點在同一條直線上,且a與b起點相同.∴a-tb與a-(a+b)共線,即a-tb與a-b共線,
∴存在實數(shù)λ,使a-tb=λ,
∴解得λ=,t=,
即t=時,a,tb,(a+b)三向量的終點在同一條直線上.
答案:
答案:3
—————————————[課堂歸納——感悟提升]——————————————
[方法技巧]
1.向量加法的三角形法則要素是“首尾相接,指向終點”;向量減法的三角形法則要素是“起點重合,指向被減向量”;平行四邊形法則要素是“起點重合”.
[易錯防范]
1.解決向量的概念問題要注意兩點:一是不僅要考慮向量的大小,更重要的是要考慮向量的方向;二是考慮零向量是否也滿足條件.要特別注意零向量的特殊性.
2.在利用向量減法時,易弄錯兩向量的順序,從而求得所求向量的相反向量,導致錯誤.
一、選擇題
1.給出下列命題:①零向量的長度為零,方向是任意的;②若a,b都是單位向量,則a=b;③向量與相等;④若非零向量與是共線向量,則A,B,C,D四點共線.則所有正確命題的序號是( )
A.① B.③ C.①③ D.①④
解析:選A 根據(jù)零向量的定義可知①正確;根據(jù)單位向量的定義可知,單位向量的模相等,但方向不一定相同,故兩個單位向量不一定相等,故②錯誤;向量與互為相反向量,故③錯誤;由于方向相同或相反的向量為共線向量,故與也可能平行,即A,B,C,D四點不一定共線,故④錯誤.
2.已知A、B、C三點不共線,且點O滿足則下列結(jié)論正確的是( )
3.如圖,已知AB是圓O的直徑,點C、D是半圓弧的兩個三等分點,=a,=b,則=( )
A.a(chǎn)-b B.a-b
C.a(chǎn)+b D.a+b
4.(xx天水模擬)A、B、O是平面內(nèi)不共線的三個定點,且點P關(guān)于點A的對稱點為Q,點Q關(guān)于點B的對稱點為R,則=( )
A.a(chǎn)-b B.2(b-a)
C.2(a-b) D.b-a
5.(xx日照模擬)在△ABC中,P是BC邊的中點,角A,B,C的對邊分別是a,b,c,若則△ABC的形狀為( )
A.等邊三角形
B.鈍角三角形
C.直角三角形
D.等腰三角形但不是等邊三角形
二、填空題
6.(xx包頭模擬)如圖,在△ABC中,AH⊥BC交BC于H,M為AH的中點,若則λ+μ=________.
答案:
7.△ABC所在的平面內(nèi)有一點P,滿足則△PBC與△ABC的面積之比是________.
答案:
答案:2
三、解答題
A.反向平行 B.同向平行
C.互相垂直 D.既不平行也不垂直
2.在平行四邊形ABCD中,點E是AD的中點,BE與AC相交于點F,若EF―→=mAB―→+nAD―→ (m,n∈R),則的值為( )
A.-2 B.- C.2 D.
3.
如圖所示,已知點G是△ABC的重心,過點G作直線與AB,AC兩邊分別交于M,N兩點,且則的值為( )
A.3 B. C.2 D.
解析:選B 利用三角形的性質(zhì),過重心作平行于底邊BC的直線,易得x=y(tǒng)=,則=.
4.如圖,在平行四邊形ABCD中,設(shè)S,R,Q,P分別為AP,SD,RC,QB的中點,若=ma+nb,則m+n=________.
答案:
第二節(jié) 平面向量基本定理及坐標表示
考綱要求:1.了解平面向量基本定理及其意義.
2.掌握平面向量的正交分解及坐標表示.
3.會用坐標表示平面向量的加法、減法與數(shù)乘運算.
4.理解用坐標表示的平面向量共線的條件.
1.平面向量基本定理
如果e1,e2是同一平面內(nèi)的兩個不共線向量,那么對于這一平面內(nèi)的任意向量a,有且只有一對實數(shù)λ1,λ2,使a=λ1e1+λ2e2.
其中,不共線的向量e1,e2叫做表示這一平面內(nèi)所有向量的一組基底.
2.平面向量的坐標運算
(1)向量加法、減法、數(shù)乘向量及向量的模
設(shè)a=(x1,y1),b=(x2,y2),則:
a+b=(x1+x2,y1+y2),a-b=(x1-x2,y1-y2),
λa=(λx1,λy1),|a|=.
(2)向量坐標的求法
①若向量的起點是坐標原點,則終點坐標即為向量的坐標.
②設(shè)A(x1,y1),B(x2,y2),則=(x2-x1,y2-y1),
||=.
3.平面向量共線的坐標表示
設(shè)a=(x1,y1),b=(x2,y2),其中b≠0,則a∥b?x1y2-x2y1=0.
1.判斷下列結(jié)論的正誤.(正確的打“√”,錯誤的打“”)
(1)平面內(nèi)的任何兩個向量都可以作為一組基底.( )
(2)在△ABC中,向量,的夾角為∠ABC.( )
(3)同一向量在不同基底下的表示是相同的.( )
(4)設(shè)a,b是平面內(nèi)的一組基底,若實數(shù)λ1,μ1,λ2,μ2滿足λ1a+μ1b=λ2a+μ2b,則λ1=λ2,μ1=μ2.( )
(5)若兩個向量的終點不同,則這兩個向量的坐標一定不同.( )
(6)當向量的始點在坐標原點時,向量的坐標就是向量終點的坐標.( )
(7)若a=(x1,y1),b=(x2,y2),則a∥b的充要條件可表示成=.( )
答案:(1) (2) (3) (4)√ (5) (6)√ (7)
答案:4
3.已知a=(2,1),b=(-3,4),則3a+4b=________,3a-4b=________.
答案:(-6,19) (18,-13)
4.O是坐標原點,當k=________時,A,B,C三點共線.
答案:-2或11
[典題1] 在平行四邊形ABCD中,E和F分別是邊CD和BC的中點.若其中λ,μ∈R,則λ+μ=________.
于是得即故λ+μ=.
答案:
解得
即=(2d-c)=d-c,
=(2c-d)=c-d.
(1)應(yīng)用平面向量基本定理表示向量的實質(zhì)是利用平行四邊形法則或三角形法則進行向量的加、減或數(shù)乘運算.
(2)用向量基本定理解決問題的一般思路是先選擇一組基底,并運用該基底將條件和結(jié)論表示成向量的形式,再通過向量的運算來解決.
[典題2] (1)(xx新課標全國卷Ⅰ)已知點A(0,1),B(3,2),向量=(-4,-3),則向量=( )
A.(-7,-4) B.(7,4)
C.(-1,4) D.(1,4)
(2)若向量a=(1,1),b=(1,-1),c=(-1,2)則c=( )
A.-a+b B.a-b
C.a-b D.-a+b
(3)(xx海淀模擬)已知向量a=(1,1),點A(3,0),點B為直線y=2x上的一個動點.若∥a,則點B的坐標為________.
[聽前試做] (1)法一:設(shè)C(x,y),則=(x,y-1)=(-4,-3),
所以從而=(-4,-2)-(3,2)=(-7,-4).
法二:=(3,2)-(0,1)=(3,1),
=-=(-4,-3)-(3,1)=(-7,-4).
(2)設(shè)c=λ1a+λ2b,則(-1,2)=λ1(1,1)+λ2(1,-1)=(λ1+λ2,λ1-λ2),∴λ1+λ2=-1,λ1-λ2=2,解得λ1=,λ2=-,所以c=a-b.
(3)設(shè)B(x,2x),=(x-3,2x).
∵∥a,∴x-3-2x=0,解得x=-3,
∴B(-3,-6).
答案:(1)A (2)B (3)(-3,-6)
向量的坐標運算主要是利用加、減、數(shù)乘運算法則進行,若已知有向線段兩端點的坐標,則應(yīng)先求向量的坐標.解題過程中要注意方程思想的運用及正確使用運算法則.
平面向量共線的坐標表示是高考的??純?nèi)容,多以選擇題或填空題的形式出現(xiàn),難度較小,屬容易題,且主要有以下幾個命題角度:
角度一:利用向量共線求參數(shù)或點的坐標
[典題3] (1)(xx四川高考)設(shè)向量a=(2,4)與向量b=(x,6)共線,則實數(shù)x=( )
A.2 B.3 C.4 D.6
(2)已知梯形ABCD,其中AB∥CD,且DC=2AB,三個頂點A(1,2),B(2,1),C(4,2),則點D的坐標為________.
[聽前試做] (1)∵a∥b,∴26-4x=0,解得x=3.
(2)∵在梯形ABCD中,DC=2AB,AB∥CD,∴=2.設(shè)點D的坐標為(x,y),則=(4-x,2-y),=(1,-1),
∴(4-x,2-y)=2(1,-1),即(4-x,2-y)=(2,-2),
∴解得故點D的坐標為(2,4).
答案:(1)B (2)(2,4)
(1)利用兩向量共線求參數(shù).如果已知兩向量共線,求某些參數(shù)的取值時,則利用“若a=(x1,y1),b=(x2,y2),則a∥b的充要條件是x1y2=x2y1”解題比較方便.
(2)利用兩向量共線的條件求向量坐標.一般地,在求與一個已知向量a共線的向量時,可設(shè)所求向量為λa(λ∈R),然后結(jié)合其他條件列出關(guān)于λ的方程,求出λ的值后代入λa即可得到所求的向量.
角度二:利用向量共線解決三點共線問題
(2)由題設(shè),知=d-c=2b-3a,
=e-c=(t-3)a+tb.
C,D,E三點在一條直線上的充要條件是存在實數(shù)k,使得=k,即(t-3)a+tb=-3ka+2kb,整理得(t-3+3k)a=(2k-t)b.
①若a,b共線,則t可為任意實數(shù);
②若a,b不共線,則有解得t=.
綜上,可知a,b共線時,t可為任意實數(shù);
a,b不共線時,t=.
答案:(1)1
A、B、C三點共線?AB―→與AC―→共線.
[典題5]
(1)向量a,b,c在正方形網(wǎng)格中的位置如圖所示.若c=λa+μb(λ,μ∈R),則=________.
(2)給定兩個長度為1的平面向量
它們的夾角為.如圖所示,點C在以O(shè)為圓心的圓弧上運動.若其中x,y∈R,求x+y的最大值.
[聽前試做] (1)設(shè)i,j分別為水平方向和豎直方向上的正向單位向量,則a=-i+j,b=6i+2j,c=-i-3j,所以-i-3j=λ(-i+j)+μ(6i+2j),根據(jù)平面向量基本定理得λ=-2,μ=-,所以=4.
(2)以O(shè)為坐標原點,所在的直線為x軸建立平面直角坐標系,如圖所示,
則A(1,0),B-,,設(shè)∠AOC=αα∈0,,則C(cos α,sin α),
由得
所以x=cos α+sin α,y=sin α,
所以x+y=cos α+sin α=2sin,又α∈,所以當α=時,x+y取得最大值2.
答案:(1)4
本題(2)的難點是選擇合適的變量表示x+y,然后轉(zhuǎn)化為函數(shù)的最值求解,而破解這一難點的關(guān)鍵是建立平面直角坐標系,設(shè)出C點的坐標為C(cos α,sin α),然后借助求出x,y,從而利用三角函數(shù)的知識求出x+y的最大值.
—————————————[課堂歸納——感悟提升]——————————————
[方法技巧]
1.兩向量平行的充要條件
若a=(x1,y1),b=(x2,y2),其中b≠0,則a∥b的充要條件是a=λb,這與x1y2-x2y1=0在本質(zhì)上是沒有差異的,只是形式上不同.
2.三點共線的判斷方法
判斷三點是否共線,先求由三點組成的任兩個向量,然后再按兩向量共線進行判定.
3.若a與b不共線且λa+μb=0,則λ=μ=0.
[易錯防范]
1.若a,b為非零向量,當a∥b時,a,b的夾角為0或180,求解時容易忽視其中一種情形而導致出錯;
2.若a=(x1,y1),b=(x2,y2),則a∥b的充要條件不能表示成=,因為x2,y2有可能等于0,所以應(yīng)表示為x1y2-x2y1=0.
一、選擇題
A.(-4,10) B.(-2,5) C.(4,5) D.(8,10)
2.下列各組向量:①e1=(-1,2),e2=(5,7);②e1=(3,5),e2=(6,10);③e1=(2,-3),e2=,能作為表示它們所在平面內(nèi)所有向量基底的是( )
A.① B.①③ C.②③ D.①②③
解析:選B?、谥?,e1=e2,即e1與e2共線,所以不能作為基底.
3.已知向量a=(1-sin θ,1),b=,若a∥b,則銳角θ=( )
A. B. C. D.
解析:選B 因為a∥b,所以(1-sin θ)(1+sin θ)-1=0,得sin2θ=,所以sin θ=,故銳角θ=.
4.設(shè)向量a=(x,1),b=(4,x),且a,b方向相反,則x的值是( )
A.2 B.-2 C.2 D.0
解析:選B 因為a與b方向相反,所以b=ma,m<0,則有(4,x)=m(x,1),∴解得m=2.又m<0,∴m=-2,x=m=-2.
5.已知平面直角坐標系內(nèi)的兩個向量a=(1,2),b=(m,3m-2),且平面內(nèi)的任一向量c都可以唯一地表示成c=λa+μb(λ,μ為實數(shù)),則實數(shù)m的取值范圍是( )
A.(-∞,2) B.(2,+∞)
C.(-∞,+∞) D.(-∞,2)∪(2,+∞)
解析:選D 由題意知向量a,b不共線,故2m≠3m-2,即m≠2.
二、填空題
6.(xx雅安模擬)已知向量a=(,1),b=(0,-1),c=(k,).若a-2b與c共線,則k=________.
解析:∵a-2b=(,3),且a-2b∥c,∴-3k=0,解得k=1.
答案:1
解析:建立如圖所示的平面直角坐標系xAy,則=(2,-2),=(1,2),=(1,0),由題意可知(2,-2)=λ(1,2)+μ(1,0),即解得所以λμ=-3.
答案:-3
8.(xx江蘇高考)已知向量a=(2,1),b=(1,-2),若ma+nb=(9,-8)(m,n∈R),則m-n的值為________.
解析:∵ma+nb=(2m+n,m-2n)=(9,-8),
∴∴∴m-n=2-5=-3.
答案:-3
三、解答題
(1)求3a+b-3c;
(2)求滿足a=mb+nc的實數(shù)m,n;
(3)求M,N的坐標及向量MN―→的坐標.
解:由已知得a=(5,-5),b=(-6,-3),c=(1,8).
(1)3a+b-3c=3(5,-5)+(-6,-3)-3(1,8)=(15-6-3,-15-3-24)=(6,-42).
(2)∵mb+nc=(-6m+n,-3m+8n),
∴解得
即所求實數(shù)m的值為-1,n的值為-1.
(3)設(shè)O為坐標原點,
10.已知O(0,0),A(1,2),B(4,5)及求:
(1)t為何值時,P在x軸上?P在y軸上?P在第二象限?
(2)四邊形OABP能否成為平行四邊形?若能,求出相應(yīng)的t值;若不能,請說明理由.
若P在x軸上,則2+3t=0,∴t=-;若P在y軸上,則1+3t=0,∴t=-;
若P在第二象限,則∴-
0,n>0),求mn的最大值.
解:以A為原點,線段AC、AB所在直線分別為x軸、y軸建立如圖所示的平面直角坐標系,設(shè)△ABC的腰長為2,則B(0,2),C(2,0),O(1,1).
∵
∴M,N,∴直線MN的方程為+=1,
∵直線MN過點O(1,1),∴+=1,即m+n=2,
∴mn≤=1,當且僅當m=n=1時取等號,
∴mn的最大值為1.
第三節(jié) 平面向量的數(shù)量積
考綱要求:1.理解平面向量數(shù)量積的含義及其物理意義.
2.了解平面向量的數(shù)量積與向量投影的關(guān)系.
3.掌握數(shù)量積的坐標表達式,會進行平面向量數(shù)量積的運算.
4.能運用數(shù)量積表示兩個向量的夾角,會用數(shù)量積判斷兩個平面向量的垂直關(guān)系.
1.平面向量的數(shù)量積
(1)向量的夾角
①定義:已知兩個非零向量a和b,作則∠AOB就是向量a與b的夾角.
②范圍:設(shè)θ是向量a與b的夾角,則0≤θ≤180.
③共線與垂直:若θ=0,則a與b同向;若θ=180,則a與b反向;若θ=90,則a與b垂直.
(2)平面向量的數(shù)量積
①定義:已知兩個非零向量a與b,它們的夾角為θ,則數(shù)量|a||b|cos θ叫做a與b的數(shù)量積(或內(nèi)積),記作ab,即ab=|a||b|cos θ,規(guī)定零向量與任一向量的數(shù)量積為0,即0a=0.
②幾何意義:數(shù)量積ab等于a的長度|a|與b在a的方向上的投影|b|cos θ的乘積.
2.平面向量數(shù)量積的性質(zhì)及其坐標表示
設(shè)向量a=(x1,y1),b=(x2,y2),θ為向量a,b的夾角.
①數(shù)量積:ab=|a||b|cos θ=x1x2+y1y2.
②模:|a|==.
③夾角:cos θ==.
④兩非零向量a⊥b的充要條件:ab=0?x1x2+y1y2=0.
⑤|ab|≤|a||b|(當且僅當a∥b時等號成立)?|x1x2+y1y2|≤ .
3.平面向量數(shù)量積的運算律
(1)ab=ba(交換律).
(2)λab=λ(ab)=a(λb)(結(jié)合律).
(3)(a+b)c=ac+bc(分配律).
1.判斷下列結(jié)論的正誤.(正確的打“√”,錯誤的打“”)
(1)向量在另一個向量方向上的投影為數(shù)量,而不是向量.( )
(2)兩個向量的數(shù)量積是一個實數(shù),向量的加、減、數(shù)乘運算的運算結(jié)果是向量.( )
(3)由ab=0,可得a=0或b=0.( )
(4)兩向量a⊥b的充要條件:ab=0?x1x2+y1y2=0.( )
(5)若ab>0,則a和b的夾角為銳角;若ab<0,則a和b的夾角為鈍角.( )
(6)(ab)c=a(bc).( )
(7)ab=ac(a≠0),則b=c.( )
答案:(1)√ (2)√ (3) (4) (5) (6) (7)
2.已知|a|=5,|b|=4,a與b的夾角θ=120,則ab=________.
答案:-10
3.已知|a|=,|b|=2,a與b的夾角為30,則|a-b|=________.
答案:1
4.已知向量a=(1,2),向量b=(x,-2),且a⊥(a-b),則實數(shù)x等于________.
答案:9
5.已知單位向量e1,e2的夾角為60,則向量a=2e1+e2與b=2e2-3e1的夾角為________.
答案:120
[典題1] (1)(xx新課標全國卷Ⅱ)向量a=(1,-1),b=(-1,2),則(2a+b)a=( )
A.-1 B.0
C.1 D.2
(2)(xx天津高考)在等腰梯形ABCD中,已知AB∥DC,AB=2,BC=1,∠ABC=60.動點E和F分別在線段BC和DC上,且則的最小值為________.
[聽前試做] (1)法一:∵a=(1,-1),b=(-1,2),
∴a2=2,ab=-3,
從而(2a+b)a=2a2+ab=4-3=1.
法二:∵a=(1,-1),b=(-1,2),
∴2a+b=(2,-2)+(-1,2)=(1,0),
從而(2a+b)a=(1,0)(1,-1)=1,故選C.
(2)在等腰梯形ABCD中,由AB∥DC,AB=2,BC=1,∠ABC=60,
可得AD=DC=1.
建立平面直角坐標系如圖所示,則A(0,0),B(2,0),C,D,
∴=
=+λ=++λ
≥+2=.
當且僅當=λ,即λ=時取等號,符合題意.
∴的最小值為.
答案:(1)C (2)
求兩個向量的數(shù)量積有三種方法:利用定義;利用向量的坐標運算;利用數(shù)量積的幾何意義.
1.(xx成都模擬)△ABC中,點M在線段AC上,點P在線段BM上,且滿足==2,若=2,=3,∠BAC=90,則的值為( )
A.1 B.-
C. D.-
2.(xx合肥聯(lián)考)已知|a|=1,|b|=2,a與b的夾角為60,則a+b在a上的投影為________.
解析:∵|a+b|2=a2+b2+2ab=1+4+212=7,∴|a+b|=,cos〈a+b,a〉===.∴a+b在a上的投影為|a+b|cos〈a+b,a〉==2.
答案:2
[典題2] (1)(xx重慶高考)若非零向量a,b滿足|a|=|b|,且(a-b)⊥(3a+2b),則a與b的夾角為( )
A. B. C. D.π
(2)已知向量a=(k,3),b=(1,4),c=(2,1),且(2a-3b)⊥c,則實數(shù)k=( )
A.- B.0 C.3 D.
[聽前試做] (1)由(a-b)⊥(3a+2b),得(a-b)(3a+2b)=0,即3a2-ab-2b2=0.又∵|a|=|b|,設(shè)〈a,b〉=θ,即3|a|2-|a||b|cos θ-2|b|2=0,∴|b|2-|b|2cos θ-2|b|2=0.∴cos θ=.又∵0≤θ≤π,∴θ=.
(2)因為2a-3b=(2k,6)-(3,12)=(2k-3,-6),(2a-3b)⊥c,所以(2a-3b)c=2(2k-3)-6=0,解得k=3,選C.
答案:(1)A (2)C
[探究1] 在本例(2)的條件下,若a與c的夾角的余弦值為,求k的值.
解:∵cos〈a,c〉===,
∴2k+3=,即4k2+9+12k=k2+9,
∴k2+4k=0,解得k=0或k=-4,
又2k+3>0,∴k=0.
[探究2] 在本例(2)的條件下,若2a-3b與c的夾角為鈍角,求k的取值范圍.
解:∵2a-3b與c的夾角為鈍角,∴(2a-3b)c<0,
即(2k-3,-6)(2,1)<0,
∴4k-6-6<0,即k<3.
又若(2a-3b)∥c,則2k-3=-12,即k=-.當k=-時,2a-3b=(-12,-6)=-6c,即2a-3b與c反向.
綜上,k的取值范圍為∪.
(1)根據(jù)平面向量數(shù)量積的性質(zhì):若a,b為非零向量,cos θ=(夾角公式),a⊥b?ab=0等,可知平面向量的數(shù)量積可以用來解決有關(guān)角度、垂直問題.
(2)數(shù)量積大于0說明不共線的兩向量的夾角為銳角,數(shù)量積等于0說明不共線的兩向量的夾角為直角,數(shù)量積小于0且兩向量不共線時兩向量的夾角為鈍角.
[典題3] (1)(xx衡水模擬)已知|a|=1,|b|=2,a與b的夾角為,那么|4a-b|=( )
A.2 B.6 C.2 D.12
(2)在平面直角坐標系中,O 為原點,A(-1,0),B(0,),C(3,0),動點D 滿足的取值范圍是________.
[聽前試做] (1)|4a-b|2=16a2+b2-8ab=161+4-812cos=12.∴|4a-b|=2.
(1,-)距離的最大值,其最大值為圓(x-3)2+y2=1的圓心到點(1,-)的距離加上圓的半徑,即+1=+1,最小值為-1=-1,故取值范圍為[-1,+1].
答案:(1)C (2)[-1,+1]
求向量模的常用方法
(1)若向量a是以坐標形式出現(xiàn)的,求向量a的??芍苯永脇a|=.
(2)若向量a,b是非坐標形式出現(xiàn)的,求向量a的??蓱?yīng)用公式|a|2=a2=aa,或|ab|2=(ab)2=a22ab+b2,先求向量模的平方,再通過向量數(shù)量積的運算求解.
已知平面向量a,b的夾角為,且|a|=,|b|=2,在△ABC中, D為BC中點,則等于( )
A.2 B.4 C.6 D.8
—————————————[課堂歸納——感悟提升]——————————————
[方法技巧]
1.計算數(shù)量積的三種方法:定義、坐標運算、數(shù)量積的幾何意義.要靈活選用,和圖形有關(guān)的不要忽略數(shù)量積幾何意義的應(yīng)用.
2.求向量模的常用方法:利用公式|a|2=a2,將模的運算轉(zhuǎn)化為向量的數(shù)量積的運算.
3.利用向量垂直或平行的條件構(gòu)造方程或函數(shù)是求參數(shù)或最值問題常用的方法與技巧.
[易錯防范]
1.數(shù)量積運算律要準確理解、應(yīng)用,例如,ab=ac(a≠0)不能得出b=c,兩邊不能約去一個向量.
2.兩個向量的夾角為銳角,則有ab>0,反之不成立;兩個向量夾角為鈍角,則有ab<0,反之不成立.
一、選擇題
1.已知|a|=6,|b|=3,向量a在b方向上的投影是4,則ab為( )
A.12 B.8 C.-8 D.2
解析:選A ∵|a|cos〈a,b〉=4,|b|=3,∴ab=|a||b|cos〈a,b〉=34=12.
2.已知p=(2,-3),q=(x,6),且p∥q,則|p+q|的值為( )
A. B. C.5 D.13
解析:選B 由題意得26+3x=0?x=-4?|p+q|=|(2,-3)+(-4,6)|=|(-2,3)|=.
A.-2 B.2 C.4 D.2
解析:選D S△ABC=|AB||AC|sin∠BAC=41sin∠BAC=.∴sin∠BAC=,cos∠BAC=,
4.已知向量a=(1,2),b=(2,-3).若向量c滿足(c+a)∥b,c⊥(a+b),則c=( )
A. B.
C. D.
解析:選D 設(shè)c=(x,y),則c+a=(x+1,y+2),a+b=(3,-1),又(c+a)∥b,∴2(y+2)+3(x+1)=0.①
又c⊥(a+b),∴(x,y)(3,-1)=3x-y=0,②
聯(lián)立①②,解得x=-,y=-.
5.如圖,已知點P是邊長為2的正三角形ABC的邊BC上的動點,則 ( )
A.最大值為8 B.為定值6
C.最小值為2 D.與P的位置有關(guān)
二、填空題
6.已知在矩形ABCD中,AB=2,AD=1,E,F(xiàn)分別是BC,CD的中點,則等于________.
答案:-
7.(xx浙江高考)已知e1,e2是平面單位向量,且e1e2=.若平面向量b滿足be1=be2=1,則|b|=________.
解析:∵e1e2=,
∴|e1||e2|cose1,e2=,∴e1,e2=60.
又∵be1=be2=1>0,∴b,e1=b,e2=30.
由be1=1,得|b||e1|cos 30=1,∴|b|==.
答案:
8.設(shè)a,b,c是單位向量,且ab=0,則(a+c)(b+c)的最大值為________.
解析:法一:設(shè)向量c與a+b的夾角為θ,則有|a+b|===,(a+c)(b+c)=(a+b)c+c2=1+cos θ,故最大值是1+.
法二:∵a,b是單位向量,且ab=0,
故可設(shè)a=(1,0),b=(0,1).
又c是單位向量,故可設(shè)c=(cos θ,sin θ),θ∈[0,2π).
∴(a+c)(b+c)
=(1+cos θ,sin θ)(cos θ,1+sin θ)
=(1+cos θ)cos θ+sin θ(1+sin θ)
=cos θ+cos2θ+sin θ+sin2θ
=1+cos θ+sin θ
=1+sin.
∴(a+c)(b+c)的最大值為1+.
答案:1+
三、解答題
10.已知|a|=4,|b|=8,a與b的夾角是120.
(1)計算:①|(zhì)a+b|,②|4a-2b|;
(2)當k為何值時,(a+2b)⊥(ka-b).
解:由已知得,ab=48=-16.
(1)①∵|a+b|2=a2+2ab+b2=16+2(-16)+64=48,∴|a+b|=4.
②∵|4a-2b|2=16a2-16ab+4b2=1616-16(-16)+464=768,
∴|4a-2b|=16.
(2)∵(a+2b)⊥(ka-b),∴(a+2b)(ka-b)=0,
∴ka2+(2k-1)ab-2b2=0,
即16k-16(2k-1)-264=0.∴k=-7.
即k=-7時,a+2b與ka-b垂直.
A.6 B.5 C.4 D.3
3.在△ABC中,P0是AB的中點,且對于邊AB上任一點P,恒有則有( )
A.AB=BC B.AC=BC
C.∠ABC=90 D.∠BAC=90
4.單位圓上三點A,B,C滿足則向量的夾角為________.
答案:120
第四節(jié) 平面向量應(yīng)用舉例
考綱要求:1.會用向量方法解決某些簡單的平面幾何問題.
2.會用向量方法解決簡單的力學問題與其他一些實際問題.
1.向量在幾何中的應(yīng)用
(1)證明線線平行或點共線問題,常用共線向量定理:a∥b?a=λb?a1b2-a2b1=0(b≠0).
(2)證明垂直問題,常用數(shù)量積的運算性質(zhì):
a⊥b?ab=0?a1b1+a2b2=0.
(3)平面幾何中夾角與線段長度計算:
①cosa,b==,
②|AB|==.
2.向量在解析幾何中的應(yīng)用
(1)向量a=(a1,a2)平行于直線l,則直線l的斜率k=(a1≠0).
(2)若直線l的方程為Ax+By+C=0,則向量(A,B)與直線l垂直,向量(-B,A)與直線l平行.
3.平面向量在物理中的應(yīng)用
(1)向量的加法、減法在力的分解與合成中的應(yīng)用.
(2)向量在速度的分解與合成中的應(yīng)用.
(3)向量的數(shù)量積在合力做功問題中的應(yīng)用:W=Fs.
1.判斷下列結(jié)論的正誤.(正確的打“√”,錯誤的打“”)
答案:(1)√ (2) (3)√ (4)
A.鈍角三角形 B.銳角三角形
C.等腰直角三角形 D.直角三角形
3.在平面直角坐標系xOy中,若定點A(1,2)與動點P(x,y)滿足=4,則點P的軌跡方程是______________________________.
解析:由=4,得(x,y)(1,2)=4,即x+2y=4.
答案:x+2y-4=0
4.河水的流速為2 m/s,一艘小船想以垂直于河岸方向10 m/s的速度駛向?qū)Π?,則小船的靜水速度大小為________.
解析:如圖所示,v1表示河水的速度,v2表示小船在靜水中的速度,v表示小船的實際速度,則|v2|==2(m/s).
答案:2 m/s
( )
A.內(nèi)心 B.外心 C.重心 D.垂心
[聽前試做] 由原等式,得即根據(jù)平行四邊形法則,知是△ABC的中線AD(D為BC的中點)所對應(yīng)向量的2倍,所以點P的軌跡必過△ABC的重心.
答案:C
向量與平面幾何綜合問題的解法
(1)坐標法:把幾何圖形放在適當?shù)淖鴺讼抵?,則有關(guān)點與向量就可以用坐標表示,這樣就能進行相應(yīng)的代數(shù)運算和向量運算,從而使問題得到解決.
(2)基向量法:適當選取一組基底,溝通向量之間的聯(lián)系,利用向量間的關(guān)系構(gòu)造關(guān)于未知量的方程來進行求解.
已知在直角梯形ABCD中,AD∥BC,∠ADC=90,AD=2,BC=1,P是腰DC上的動點,則的最小值為________.
解析:
以D為原點,分別以DA、DC所在直線為x、y軸建立如圖所示的平面直角坐標系,設(shè)DC=a,DP=b,則D(0,0),A(2,0),C(0,a),B(1,a),P(0,b),=(2,-b),=(1,a-b),
則=25+(3a-4b)2.由點P是腰DC上的動點,知0≤b≤a,
因此當b=a時,的最小值為25.
∴的最小值為5.
答案:5
[典題2] 已知點P(0,-3),點A在x軸上,點Q在y軸的正半軸上,點M滿足當點A在x軸上移動時,求動點M的軌跡方程.
,∴∴
把a=-代入①,得-+3y=0,整理得
y=x2(x≠0).
所以動點M的軌跡方程為y=x2(x≠0).
向量在解析幾何中的作用
(1)載體作用:向量在解析幾何問題中出現(xiàn),多用于“包裝”,解決此類問題時關(guān)鍵是利用向量的意義、運算脫去“向量外衣”,導出曲線上點的坐標之間的關(guān)系,從而解決有關(guān)距離、斜率、夾角、軌跡、最值等問題.
(2)工具作用:利用a⊥b?ab=0;a∥b?a=λb(b≠0),可解決垂直、平行問題.特別地,向量垂直、平行的坐標表示對于解決解析幾何中的垂直、平行問題是一種比較可行的方法.
如圖所示,直線x=2與雙曲線C:-y2=1的漸近線交于E1,E2兩點.記=e1,=e2,任取雙曲線C上的點P,若=ae1+be2(a,b∈R),則ab的值為( )
A. B.1 C. D.
解析:選A 由題意易知E1(2,1),E2(2,-1),∴e1=(2,1),e2=(2,-1),故=ae1+be2=(2a+2b,a-b),又點P在雙曲線上,∴-(a-b)2=1,整理可得4ab=1,∴ab=.
向量的共線與垂直和向量的數(shù)量積之間的關(guān)系以其獨特的表現(xiàn)形式成為高考命題的亮點,它常與三角函數(shù)相結(jié)合,在知識的交匯點處命題,以選擇題、填空題或解答題的形式出現(xiàn),且主要有以下幾個命題角度:
角度一:向量與三角恒等變換的結(jié)合
[典題3] 已知a=(cos α,sin α),b=(cos β,sin β),0<β<α<π.且a+b=(0,1),則α=________,β=________.
[聽前試做] 因為a+b=(0,1),所以
由此得,cos α=cos(π-β).由0<β<π,得0<π-β<π,又0<α<π,故α=π-β.
代入sin α+sin β=1,得sin α=sin β=.
又α>β,所以α=,β=.
答案:
解決此類問題的關(guān)鍵是根據(jù)向量間的關(guān)系把問題轉(zhuǎn)化為三角函數(shù)的條件求值,然后利用三角函數(shù)的相關(guān)公式求解.
角度二:向量與三角函數(shù)的結(jié)合
[典題4] 設(shè)向量a=(a1,a2),b=(b1,b2),定義一種運算:a?b=(a1,a2)?(b1,b2)=(a1b1,a2b2).已知向量m=,n=.點P在y=cos x的圖象上運動,點Q在y=f(x)的圖象上運動,且滿足 (其中O為坐標原點),則y=f(x)在區(qū)間上的最大值是( )
A.4 B.2 C.2 D.2
(x0,y0)+=+=x0+,4y0,即x=x0+,y=4y0,即x0=2x-,y0=y(tǒng),所以y=cos,即y=4cos.因為點Q在y=f(x)的圖象上運動,所以f(x)=4cos,當≤x≤時,0≤2x-≤,所以當2x-=0時,f(x)取得最大值4.
答案:A
解決此類問題的關(guān)鍵是利用向量的坐標運算,把問題轉(zhuǎn)化為三角函數(shù),化簡三角函數(shù)關(guān)系式,然后研究三角函數(shù)的性質(zhì).
角度三:向量與解三角形的結(jié)合
[典題5] 已知函數(shù)f(x)=ab,其中a=(2cos x,-sin 2x),b=(cos x,1),x∈R.
(1)求函數(shù)y=f(x)的單調(diào)遞減區(qū)間;
(2)在△ABC中,角A、B、C所對的邊分別為a、b、c,f(A)=-1,a=,且向量m=(3,sin B)與n=(2,sin C)共線,求邊長b和c的值.
[聽前試做] (1)f(x)=2cos2x-sin 2x=1+cos 2x-sin 2x=1+2cos,
令2kπ≤2x+≤2kπ+π(k∈Z),解得kπ-≤x≤kπ+(k∈Z),
∴函數(shù)y=f(x)的單調(diào)遞減區(qū)間為kπ-,kπ+(k∈Z).
(2)∵f(A)=1+2cos=-1,
∴cos=-1,又<2A+<,∴2A+=π,即A=.
∵a=,∴由余弦定理得a2=b2+c2-2bccos A=(b+c)2-3bc=7.①
∵向量m=(3,sin B)與n=(2,sin C)共線,∴2sin B=3sin C,由正弦定理得2b=3c,②
由①②得b=3,c=2.
解決此類問題的關(guān)鍵是利用向量的坐標運算,把向量垂直或共線轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的方程,在三角形中利用內(nèi)角和定理或正、余弦定理解決問題.
————————————[課堂歸納——感悟提升]———————————————
[方法技巧]
1.用向量解決問題時,應(yīng)注意數(shù)形結(jié)合思想和轉(zhuǎn)化與化歸思想的應(yīng)用.一般是先畫出向量示意圖,把問題轉(zhuǎn)化為向量問題解決.
2.牢記以下4個結(jié)論
[易錯防范]
1.注意向量夾角和三角形內(nèi)角的關(guān)系,兩者并不等價.
2.注意向量共線和兩直線平行的關(guān)系.
3.利用向量解決解析幾何中的平行與垂直,可有效解決因斜率不存在使問題漏解的情況.
一、選擇題
1.在△ABC中,“△ABC為直角三角形”是“=0”的( )
A.充分不必要條件
B.必要不充分條件
C.充要條件
D.既不充分又不必要條件
解析:選B 若△ABC為直角三角形,角B不一定為直角,即不一定等于0;若=0,則AB⊥BC,故角B為直角,即△ABC為直角三角形,故“△ABC為直角三角形”是“=0”的必要不充分條件.
2.已知點M(-3,0),N(3,0).動點P(x,y)滿足=0,則點P的軌跡的曲線類型為( )
A.雙曲線 B.拋物線
C.圓 D.橢圓
3.已知非零向量a,b,滿足a⊥b,則函數(shù)f(x)=(ax+b)2(x∈R)是( )
A.既是奇函數(shù)又是偶函數(shù)
B.非奇非偶函數(shù)
C.偶函數(shù)
D.奇函數(shù)
解析:選C 因為a⊥b,所以ab=0,所以f(x)=(ax+b)2=|a|2x2+2abx+|b|2=|a|2x2+|b|2,所以函數(shù)f(x)=(ax+b)2為偶函數(shù).
A.三邊均不相等的三角形
B.直角三角形
C.等邊三角形
D.等腰非等邊三角形
解析:選C 由知,角A的平分線與BC垂直,知,cos A=,∴A=60.∴△ABC為等邊三角形.
5.在△ABC中,滿足則角C的大小為( )
A. B. C. D.
二、填空題
6.在△ABC中,若則邊AB的長等于________.
答案:2
7.已知|a|=2|b|,|b|≠0,且關(guān)于x的方程x2+|a|x-ab=0有兩相等實根,則向量a與b的夾角是________.
解析:由已知可得Δ=|a|2+4ab=0,即4|b|2+42|b|2cos θ=0,∴cos θ=-,又∵0≤θ≤π,∴θ=.
答案:
8.設(shè)向量a=(2cos α,2sin α),b=(cos β,sin β),其中0<α<β<π,若以向量a+b與a-2b為鄰邊所作的平行四邊形是菱形,則cos(β-α)=________.
解析:由題意知,|a+b|=|a-2b|,所以a2+2ab+b2=a2-4ab+4b2,所以2ab=b2,即4cos (β-α)=1,所以cos(β-α)=.
答案:
三、解答題
9.已知在△ABC中,角A,B,C所對的邊分別為a,b,c,且2S△ABC=.
(1)求角B的大小;
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