三法“完胜”平面向量数量积

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  平面向量的数量积是向量知识中的重要内容,也是高考平面向量的主要考点,考题中往往会涉及到求值或者取值范围的小题或大题.那么面对平面向量的数量积问题,同学们一般可采用哪些方法呢?本文教你三法,助你“完胜”平面向量数量积!
  一、定义法
  直接利用平面向量的数量积运算的定义:a·b=|a|·|b|·cosθ.此法必须先根据几何或代数关系求非零向量的模和夹角.
  例1(1)如图,正六边形ABCDEF的边长为1,则AD·DB=.
  (2)已知向量a与b的夹角为60°,且a=(-2,-6),b=10,则a·b=.
  分析:(1)根据正六边形的几何特征易求|AD|,|DB|,以及两向量夹角,但是要注意起点一致,代入数量积定义可求.(2)先求|a|,再代入数量积定义即可求得.
  解:(1)根据正六边形性质,有∠ADB=30°,于是向量AD与DB的夹角为150°,且|AD|=2,|DB|=3,所以,AD·DB=|AD|·|DB|·cos150°=2×3×(-32)=-3.
  (2)因为a=(-2,-6),
  所以|a|=(-2)2 (-6)2=210,
  又|b|=10,向量a与b的夹角为60°,
  所以a·b=|a|·|b|·cos60°=210×10×12=10.
  点评:利用定义求两个非零向量数量积,关键要先搞清向量的夹角和模,尤其在图形中找向量夹角时,必须要注意两个向量的方向.否则极易把它们的夹角的补角当作它们的夹角.
  二、坐标法
  设a=(x1,y1),b=(x2,y2),则a·b=x1x2 y1y2,用此法求平面向量数量积时,必须先建立恰当的平面直角坐标系,把向量坐标化,特别注意,当遇到特殊三角形或四边形时可以多考虑建系,以达到事半功倍的效果.
  例2(1)在△ABC中,内角A,B,C的对边分别为a,b,c,sinC2=63,a=b=3,点P是边AB上的一个三等分点,则CP·CB CP·CA=.
  (2)已知直角梯形ABCD中,AD∥BC,∠ADC=90°,AD=2,BC=1,P是腰DC上的动点,则|PA 3PB|的最小值为.
  分析:(1)由已知条件可求△ABC的高,和底边AB的长,根据对称关系,以AB所在的直线为x轴,高所在直线为y轴建立坐标系,用坐标表示相关点,用坐标求数量积.(2)建立平面直角坐标系,利用点坐标表示出各向量,或用向量的关系一一代换得出最简式,从而求出最小值.
  解:(1)过点C作CO⊥AB,垂足为O.如图所示,
  ∵sinC2=63,∴cosC2=1-sin2C2=33.
  ∴CO=AC·cosC2=3·33=3.
  ∴AO=OB=32-(3)2=6.
  ∴C(0,3),A(-6,0),B(6,0),
  取點P靠近点B的三等分点.则P(63,0).
  ∴CP·CB CP·CA=CP·2CO
  =2(63,-3)·(0,-3)=6.
  同理取点P靠近点A的三等分点答案也是6.
  ∴CP·CB CP·CA=6.
  (2)以D为原点,分别以DA、DC所在直线为x、
  y轴建立如图所示的平面直角坐标系,设DC=a,DP=x.
  ∴D(0,0),A(2,0),C(0,a),B(1,a),P(0,x),
  ∴PA=(2,-x),PB=(1,a-x),∴PA 3PB=(5,3a-4x),
  ∴|PA 3PB|2=25 (3a-4x)2≥25,∴|PA 3PB|的最小值为5.
  点评:用坐标法求平面向量数量积可以简化解题过程,坐标法思想能否灵活使用以及坐标系建立的恰当与否是解题关键.
  三、分解转化法
  分解转化法,也叫基底法,就是利用平面向量基本定理将所求向量用基底表示,在不含坐标系或者不宜建系的情况下,通过向量运算得到解题结果.这种方法也比较常见,应予以重视.
  例3(1)在△ABC中,已知∠BAC=90°,AB=6,若D点在斜边BC上,CD=2DB,则AB·AD的值为.
  (2)已知向量AB与AC的夹角为120°,且|AB|=3,|AC|=2.若AP=λAB AC,且AP⊥BC,则实数λ的值为.
  分析:(1)由向量加法三角形法则和向量共线定理将AD用基底AB,AC表示,代入AB·AD中求解.(2)以向量AB与AC为基底,把BC写成AC-AB,再由AP⊥BC得AP·BC=0,将AP与BC代入,可转化为关于λ得方程.
  解:(1)AD=AC 23CB=AC 23(AB-AC)=23AB 13AC,
  ∴AB·AD=AB·(23AB 13AC),
  由于∠BAC=90°,∴AB·AC=0,
  因此AB·AD=23AB2=23×36=24.
  (2)因为BC=AC-AB,AP=λAB AC,
  由于AP⊥BC,所以AP·BC=0,
  即(λAB AC)·(AC-AB)=-λAB2 AC2 (λ-1)AB·AC=0,
  即-9λ 4 (λ-1)×3×2×(-12)=0,解得λ=712.
  点评:利用分解转化法求平面向量数量积,关键是选基底,基底的选择决定解题成功与否.一般的,当已知条件中不共线的两个向量的模和夹角确定时,它们往往可以构成一组基底.
  (作者:侯仰古,太仓市明德高级中学)
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