第12讲 平面向量的数量积及其应用

来源 :高中生学习·高三理综版 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wangchongzhan
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  考情分析
  平面向量数量积的运算、模与夹角、平行与垂直问题,多以选择题、填空题的形式出现属中低档题.数量积的几何运算与数量积的坐标运算及其几何意义,及数量积的变形应用均为常规应用,也是考查的重点.
  纵观历年全国各地高考卷,考查的内容有:数量积运算及其性质、向量的模、向量的夹角、向量的投影、向量垂直.
  再看湖北卷近几年高考情况,考试内容主要是数量积的坐标运算、坐标形式的求模公式、夹角公式或向量投影公式、坐标形式的向量垂直的充要条件,没有涉及数量积的几何运算.
  命题特点
  立足湖北,放眼全国. 综合近几年全国各地的高考卷,平面向量的数量积及其应用在高考命题中仍以稳中求新、稳中求活,在稳定中发展.稳定的是题目大多是以坐标形式出现,考查数量积的几何运算或坐标运算,发展的是向量知识的综合应用有所加强.
  1. 数量积的坐标表示重运算、重基础
  数量积的坐标运算的特点是注重基本概念和坐标形式的运算公式,注重考查运算能力.
  例1 已知点[A(-1, 1)],[B(1, 2)],[C(-2, -1)],[D(3,4)],则向量[AB]在[CD]方向上的投影为 ( )
  A. [322] B. [3152]
  C. [-322] D. [-3152]
  解析 ∵[AB=2,1],[CD=5,5],
  ∴向量[AB]在[CD]方向上的投影为
  [AB·CDCD=2×5+1×552+52][=1552=322].
  答案 A
  点拨 两个坐标表示的向量的数量积就是对应坐标积的和,易错记为交叉坐标积的和.向量的投影是数量积中的一个重要概念,易混淆向量[a]在[b]方向上的投影与向量[b]在[a]方向上的投影这两个概念.前者是[acosθ],后者是[bcosθ],还易把投影当作向量,投影是数量,可正可负可为零.
  例2 已知点[O0,0,A0,b,Ba,a3],若[△OAB]为直角三角形,则必有 ( )
  A. [b=a3]
  B. [b=a3+1a]
  C. [b-a3b-a3-1a=0]
  D. [b-a3+b-a3-1a=0]
  解析 由条件得,[a≠0],[b≠0],
  所以[∠AOB]不可能是直角.
  又[△OAB]为直角三角形,所以[∠OAB]或[∠OBA]是直角,即[OA·AB=0]或[OB·BA=0].
  又[AB=(a,a3-b)],所以[b(a3-b)=0]或[a2+a3(a3-b)=0,]
  化简得[b=a3]或[b=a3+1a].
  答案 C
  点拨 向量垂直与向量平行一样,也是一种重要的向量关系,在高考中出现的频率很高.向量是否垂直,一是通过几何法判断,二是通过向量法判断,看数量积是否为零.值得注意的是向量垂直则数量积为零,反之不成立.因为向量垂直是指两个非零向量的关系,零向量与任一向量的数量积为零.
  2. 数量积及几何意义重运算、重应用
  平面向量的数量积及几何意义,通常以两种方式出现,一是纯向量形式,二是以几何图形为载体,重点是数量积的运算.
  例3 设[e1,e2]为单位向量,非零向量[b=xe1+ye2],[x,y∈R].若[e1,e2]的夹角为[π6],则[xb]的最大值等于 .
  解析 由条件得,[b2=b2=(xe1+ye2)2]
  [=x2+2xye1·e2+y2=x2+3xy+y2],
  因此[b2x2=1+3yx+y2x2][=yx+322+14≥14].
  所以[bx]最小值为[12],故[xb]的最大值为2.
  答案 2
  点拨 数量积是向量的一种运算,它的结果是数.理解数量积不仅要理解其含义,而且要理解其运算律,数量积满足交换律、分配律.无结合律,因为[(a·b)·c]不是数量积,[(a·b)?c]是向量;无消去律,因为[a·b=a·c(a≠0)]不能推出[b=c].向量的模即向量的大小,是向量的基本概念.向量的模的求法也有两种,一是借助几何图形求线段长度,二是通过向量运算求得.而向量运算求模有两个公式,一是向量式[a=a2],二是坐标式[a=x2+y2],[(x,y)]是向量[a]的坐标,这两个公式都应熟练掌握.
  例4 在平行四边形[ABCD]中,[AD=1,][∠BAD=60°,][E]为[CD]的中点,若[AC·BE=1],则[AB]的长为 .
  解析 如图,[AC=AD+AB],
  [BE=BC+CE=AD-12AB],
  所以[AC·BE=][AD2+12AD·AB-12AB2]
  =[1+12×1×AB×cos60°-12AB2]
  [=1+14AB-12AB2=1],解得[AB=12].
  答案 [12]
  点拨 有关几何形式的数量积运算,通常用基向量法,即选择一组基底,将问题向量用基底线性表示,运用数量积定义和运算法则,注意要充分利用平面图形的几何性质.
  例5 设△ABC,P0是边AB上一定点,满足P0B=[14]AB,且对于AB上任一点P,恒有[PB·PC≥P0B·P0C],则 ( )
  A. [∠ABC=90°] B. [∠BAC=90°]
  C. [AB=AC] D. [AC=BC]
  解析 由题意,设|[AB]|=4,则|[P0B]|=1,过点[C作AB]的垂线,垂足为H,在AB上任取一点P,设[HP0=a],则由数量积的几何意义可得,   [PB·PC=PH·PB=PB-(a+1)PB],
  [P0B·P0C=-P0H·P0B=-a],
  于是[PB·PC≥P0B·P0C]恒成立,
  等价于[PB-(a+1)PB≥-a]恒成立,
  整理得[PB2-(a+1)PB+a≥0]恒成立,
  只需[?=(a+1)2-4a=(a-1)2≤0]即可,于是[a=1].
  因此我们得到[HB=2],即[H是AB]的中点,
  故[△ABC]是等腰三角形,所以[AC=BC],选D.
  答案 D
  点拨 数量积的几何意义是:[a·b]等于[a]的模与[b]在[a]方向上投影之积,也可以等于[b]的模与[a]在[b]方向上的投影之积,实质上就是求数量积的一种新方法.在数量积的几何运算中,若能根据图形的几何性质,确定向量端点在另一向量上射影位置,用几何意义求数量积比较简单.
  3. 向量应用重综合、重交汇
  向量综合应用在高考中经常得到体现,一是内部知识的综合,二是与三角函数、立体几何、解析几何综合,近年来又出现与不等式、线性规划问题综合的情况,可见综合范围有扩大趋势.
  例6 已知[a,b]是单位向量,[a·b=0].若向量[c]满足[c-a-b=1],则[c]的取值范围是 ( )
  A. [2-1,2+1] B. [2-1,2+2]
  C. [1,2+1] D. [1,2+2]
  解析 法一:建立直角坐标系,设[a=(1,0),][b=(0,1),][c=(x,y).]
  由[c-a-b=1]得,[(x-1)2+(y-1)2=1].
  令[x-1=cosθ],[y-1=sinθ],
  则[x2+y2=(cosθ+1)2+(sinθ+1)2][=3+22sin(θ+π4)].
  ∵[-1≤sin(θ+π4)≤1],
  ∴[3-22≤x2+y2≤3+22].
  ∵[c=x2+y2],
  ∴[2-1≤|c|≤2+1].
  法二:因[c=(a+b)+(c-a-b),]由绝对值三角不等式得,
  [a+b-c-a-b≤c≤a+b+c-a-b].
  即[2-1≤|c|≤2+1].
  答案 A
  点拨 本题是向量模的取值范围问题,考查向量知识和方法的综合应用.向量内部知识的综合,常出现向量的线性运算与数量积、平行与垂直、夹角与模的综合,考查方法有代数法与几何法.
  备考指南
  平面向量的数量积及其应用是平面向量的重点知识,在每年高考中都占有一席之地.因而在复习过程中,应以基础为主,从基本概念、基本运算、基本方法、基本应用出发,巩固知识,培养能力.
  1. 对以前考查的热点,如向量坐标的线性运算或数量积,不能放松.模与夹角的计算,平行与垂直的判断,仍要熟练.
  2. 对新增的热点,如向量的数量积的几何意义、向量的投影、向量的几何运算要引起重视.
  3. 对向量的应用,除了在三角、立几、解几中的应用外,还要注意在不等式、线性规划、数列等方面的应用.
  限时训练
  1. 已知向量[a,b],那么“[a·b=0]”是“向量[a,b]互相垂直”的 ( )
  A. 充分不必要条件 B. 必要不充分条件
  C. 充要条件 D. 既不充分也不必要条件
  2. 设[a,b]是两个非零向量,下列能推出[a=b]的是 ( )
  A. [a∥b] B. [a2=b2]
  C. [a·c=b·c] D. [a=b]且[a,b]的夹角为0°
  3. 已知向量[a=(4,3)],[b=(-1,2)],若向量[a+kb]与[a-b]垂直,则[k]的值为 ( )
  A. [233] B. 7
  C. [-115] D. [-233]
  4. 设[a,b]是非零向量,若函数[f(x)=(xa+b)·(a-xb)(x∈R)]的图象不是直线,且在[x=0]处取得最小值,则必有 ( )
  A. [a⊥b]
  B. [a∥b]
  C. [a,b]不垂直且[a=b]
  D. [a,b]不垂直且[a≠b]
  5. 在四边形[ABCD]中,[AC=(1,2)],[BD=(-4,2)],则该四边形的面积为 ( )
  A. [5] B. [25]
  C. [5] D. 10
  6. [△ABC]的外接圆的圆心为[O],半径为2,且[OA+AB+AC][=0],则向量[CA]在[CB]方向上的投影为 ( )
  A. [3] B. 3
  C. [-3] D. -3
  7. 设[a,b,c]是单位向量,且[a·b=0],则[(a-c)·(b-c)]的最小值为 ( )
  A. [2-1] B. [1-2]
  C. [-2] D. [2]
  8. 如图,[△ABC]的外接圆的圆心为[O],[AB=2],[AC=3,BC=7],则[AO·BC]的值是 ( )
  A. [32] B. [52]
  C. [2] D. [3]
  9. 在边长为1的正六边形[ABCDEF]中,记以[A]为起点,其余顶点为终点的向量分别为[a1,a2,a3,a4,a5];以[D]为起点,其余顶点为终点的向量分别为[d1,d2,d3,d4,d5].若[m,M]分别为[(ai+aj+ak)·(dr+ds+dt)]的最小值、最大值,其中[{i,j,k}?{1,2,3,4,5}],[{r,s,t}?{1,2,3,4,5}],则[m,M]满足 ( )   A. [m=0,M>0] B. [m<0,M>0]
  C. [m<0,M=0] D. [m<0,M<0]
  10. 如图,在扇形[OAB]中,[∠AOB=60°],[C]为弧[AB]上且与[A,B]不重合的一个动点,且[OC=xOA+yOB],若[u=x+λy(λ>0)]存在最大值,则[λ]的取值范围为 ( )
  A. (1,3) B. ([13],3)
  C. ([12],1) D. ([12],2)
  11. 已知向量[a],[b]满足[a=(1,0),b=(2,4)],则[|a→+b→|=]__________.
  12. 已知向量[a,b]满足[a=4,][b=3]且[(2a-][3b)·(2a+b)=61],则[a]与[b]的夹角为 .
  13. 已知向量[m=(1,2)],[n=(1,1)],若[m]与[m+λn]的夹角为锐角,则实数[λ]的取值范围为__________.
  14. 在[Rt△ABC]中,[∠C=90°],若[△ABC]所在平面内一点[P]满足[PA+PB+λPC=0].
  (1)当[λ=1]时,[PA2+PB2PC2=]___________;
  (2)[PA2+PB2PC2]的最小值为___________.
  15. 已知数列[an]是公差不为零的等差数列,[Sn]为其前[n]项的和. 等比数列[bn]的前三项分别为[a2,a5,a11].
  (1)求数列[bn]的公比;
  (2)若[a1=1],[OQn=(ann,Snn2)(n∈N?)],求[OQn]的最大值.
  16. 设[△ABC]的三个内角[A,B,C]所对的边分别为[a,b,c],且满足[(2a+c)BC·BA+cCA·CB=0].
  (1)求角[B]的大小;
  (2)若[b=23],试求[AB·CB]的最小值.
  17.已知[O]为坐标原点,向量[OA=(sinα,1)],[OB=(cosα,0)],[OC=(-sinα,2)],点[P]满足[AB=BP].
  (1)记函数[f(α)=PB·CA],[α∈(-π8,π2)],讨论函数[f(α)]的单调性,并求其值域;
  (2)若[O,P,C]三点共线,求[OA+OB]的值.
  18. 两非零向量[a,b]满足[2a+b]与[b]垂直,集合[A=][xx2+(a+b)x+ab=0]是单元素集.
  (1)求[a]与[b]的夹角;
  (2)若不等式[a+tb≥ma-b]对任意实数[t]都成立,求实数[m]的值.
其他文献
近得黄山书社出版的张德信先生所撰《明代职官年表》(2009年12月),德信先生已离我们而去了。抚书思人,不禁怆然。德信先生付出生平心血的成果出版问世,他自己却没有能够亲眼
江泽民同志曾指出:“以科学的理论武装人,以正确的舆论引导人,以高尚的精神塑造人,以优秀的作品鼓舞人。”只有弘扬中华民族精神,建设能够不断推动我国社会前进的社会主义新
武钢是新中国成立后兴建的第一个特大型钢铁联合企业,1958年建成投产,是中央直管的重要骨干企业。武钢从成立至今,三次创业的发展历程印证了我国经济社会改革发展历程,是中国
汉朝在中国历史上有着非常重要的地位,在带给后世足够的荣耀之外,还在一定程度上塑造了中国人的文化人格和政治路径。与此同时,汉朝衰落的历史原因也足以警示后人。 The Han
从岩石中来从水汽中来从雨水中来一望无际的海洋,碧波翻滚,让人迷恋而又迷惑:这么多的海水究竟从何而来?辽阔的占有地球表面近四分之三的面积,地球总水量96.53%是海水。可见,
邓小平同志在中共十二大开幕词中说:“我国各民主党派在民主革命时期同我们党共同奋斗,在社会主义时期同我们党一道前进,一道经受考验。”这是对中国民主党派历史特点最精辟
本文从母语母文化与主体语言风格特色形成的血脉关系切入,对《邓小平文选》中丰富多彩的民俗语汇进行归纳阐释,并多层次地发掘其形成原因。源自大巴山母语母文化的民俗特色是
温家宝同志明确指出:科学发展观“根据马克思主义辩证唯物主义和历史唯物主义的基本原理,总结了国内外发展问题上的经验教训,吸收人类文明进步的新成果,站在历史和时代的高度
党在十七大报告中提出了科学发展观,并确定为今后我国社会发展的指导思想。这是我国社会发展的最基本指导思想和行动的指南。本文从哲学的角度对科学发展现进行了全面理解分
为进一步深入学习贯彻周永康部长和部党委一系列重要指示精神,加强云南消防队伍建设和消防工作,云南省公安消防总队以学习“三个代表”重要思想为核心,以“立警为公,执法为民