北大附中高考數(shù)學(xué)專(zhuān)題復(fù)習(xí)匯編 平面向量

上傳人:仙*** 文檔編號(hào):29364131 上傳時(shí)間:2021-10-07 格式:DOC 頁(yè)數(shù):15 大?。?.21MB
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1、 學(xué)科:數(shù)學(xué) 教學(xué)內(nèi)容:平面向量 【考點(diǎn)梳理】 一、考試內(nèi)容 1.向量、向量的概念,向量的加法與減法,實(shí)數(shù)與向量的積。 2.平面向量的坐標(biāo)表示,線(xiàn)段的定比分點(diǎn)。 3.平面向量的數(shù)量積,平面兩點(diǎn)間的距離公式。 4.平移及平移公式。 二、考試要求 1.理解向量的概念,掌握向量的幾何表示,了解共線(xiàn)向量的概念。 2.掌握向量的加法與減法。 3.掌握實(shí)數(shù)與向量積,理解兩個(gè)向量共線(xiàn)的充要條件。 4.了解平面向量的基本定理,理解平面向量的坐標(biāo)的概念,掌握平面向量的坐標(biāo)運(yùn)算。 5.掌握平面向量的數(shù)量積及其幾何意義,了解用平面向量的數(shù)量積可以處理有關(guān)長(zhǎng)度、角度和垂直的問(wèn)題

2、,掌握向量垂直的條件。 6.掌握平面兩點(diǎn)間的距離公式,掌握線(xiàn)段的定比分點(diǎn)和中點(diǎn)公式,并且能熟練運(yùn)用;掌握平移公式。 三、考點(diǎn)簡(jiǎn)析 1.平面向量知識(shí)結(jié)構(gòu)表 2.向量的概念 (1)向量的基本概念 ①定義 既有大小又有方向的量叫做向量。向量的大小也即是向量的長(zhǎng)度,叫做向量的模。 ②特定大小或特定關(guān)系的向量 零向量,單位向量,共線(xiàn)向量(平行向量),相等向量,相反向量。 ③表示法 幾何法:畫(huà)有向線(xiàn)段表示,記為或α。 坐標(biāo)法:=xi+yj=(x,y)。 =(x2-x1,y2-y1),其中A(x1,y1),B(x2,y2) (2)向量的運(yùn)算 ①向量的加法與減法 定義與法則

3、(如圖5-1): a+b=(x1+x2,y1+y2),a-b=(x1-x2,y1-y2)。 其中a=(x1,y1),b=(x2,y2)。 運(yùn)算律: a+b=b+a,(a+b)+C=a+(b+c),a+O=O+a=a。 ②向量的數(shù)乘(實(shí)數(shù)與向量的積) 定義與法則(如圖5-2): λa=λ(x,y)=(λx, λy) 運(yùn)算律 λ(μa)=(λμ)a,( λ+μ)a=λa+μa, λ(a+b)= λa+λb。 ③平面向量的數(shù)量積定義與法則(如圖5-3): ab=|a||b|cosθ(a≠0,b≠0,0≤θ≤π) 0a=0,ab=x1x2+y1y2[a=(x1,y1

4、),b=(x2,y2)]。 運(yùn)算律: ab=ba,(λa)b=a(λb)=λ(ab),(a+b)c=ac+bc。 (3)定理與公式 ①共線(xiàn)定理:向量b與非零向量a共線(xiàn)的充要條件是有且只有一個(gè)實(shí)數(shù)λ,使得b=λ a ②平面向量基本定理:如果e1,e2是同一平面內(nèi)的兩個(gè)不共線(xiàn)向量,那么對(duì)于這一平面內(nèi)的。任一向量a,有且只有一對(duì)實(shí)數(shù)λ1,λ2使 a=λ1e1+λ2e2 ③兩向量垂直的充要條件 (i)a⊥bab=0 (ii)a⊥bx1x2+y1y2=0(a=(x1,y1),b=(x2,y2)) ④三點(diǎn)共線(xiàn)定理:平面上三點(diǎn)A、B、C共線(xiàn)的充要條件是:存在實(shí)數(shù)α、β,使=α+β,其中α

5、+β=1,O為平面內(nèi)的任一點(diǎn)。 ⑤數(shù)值計(jì)算公式 兩點(diǎn)間的距離公式: ||=[P1(),P2(x2,y2)] 線(xiàn)段的定比分點(diǎn)坐標(biāo)公式: [P1 (x1,y1),P2 (x2,y2),P(x,y), =λ] 中點(diǎn)坐標(biāo)公式: 兩向量的夾角公式: cosθ== [0≤θ≤180,a=(x1,y1),b=(x2,y2)] ⑥圖形變換公式 平移公式: 若點(diǎn)P0(x,y)按向量a=(h,k)平移至P(x′,y′), 則 ⑦有關(guān)結(jié)論 (i)平面內(nèi)有任意三個(gè)點(diǎn)O,A,B。 若M是線(xiàn)段AB的中點(diǎn),則(+); 一般地,若P是分線(xiàn)段AB成定比λ的分點(diǎn)(即=λ,λ≠-1)則=+,此即

6、線(xiàn)段定比分點(diǎn)的向量式(注意與例7(1)表述方法的不同,例7(1)用時(shí)很方便)。 (ii)有限個(gè)向量a1,a2,…,an相加,可以從點(diǎn)O出發(fā),逐一作向量=a1, =a2,…, =an,則向量即這些向量的和,即 a1+a2+…+an=++…+=(向量加法的多邊形法則)。 當(dāng)An和O重合時(shí)(即上述折線(xiàn)OA1A2…An成封閉折線(xiàn)時(shí)),則和向量為零向量。 注意:反用以上向量的和式,即把一個(gè)向量表示為若干個(gè)向量和的形式,是解決向量問(wèn)題的重要手段。 3.向量的應(yīng)用 (1)向量在幾何中的應(yīng)用 (2)向量在物理中的應(yīng)用 四、思想方法 向量法:用向量證明或解題的方向稱(chēng)為向量法。向量法在處理物理學(xué)

7、、幾何學(xué)中有很大的用處。 【例題解析】 例1 設(shè)a0為單位向量,(1)若a為平面內(nèi)的某個(gè)向量,則a=|a|a0;(2)若a與a0平行,則a=|a|a0;(3)若a與a0平行且|a|=1,則a=a0。上述命題中,假命題個(gè)數(shù)是( ) A.0 B.1 C.2 D.3 解析 向量是既有大小又有方向的量,a與|a|a0模相同,但方向不一定相同,故(1)是假命題;若a與a0平行,則a與a0方向有兩種情況:一是同向二是反向,反向時(shí)a=-|a|a0,故(2)、(3)也是假命題。綜上所述,答案選D。 注 向量的概念較多,且容易混淆,故在學(xué)習(xí)中要分清,理解各概念的實(shí)質(zhì),

8、注意區(qū)分共線(xiàn)向量、平行向量、同向向量等概念。 例2 已知a=(cosα,sinα),b=(cosβ,sinβ),a與b之間有關(guān)系|ka+b|=|a-kb|,其中k>0, (1)用k表示ab; (2)求ab的最小值,并求此時(shí)ab的夾角的大小。 解 (1)要求用k表示ab,而已知|ka+b|=|a-kb|,故采用兩邊平方,得 |ka+b|2=(|a-kb|)2 k2a2+b2+2kab=3(a2+k2b2-2kab) ∴8kab=(3-k2)a2+(3k2-1)b2 ab = ∵a=(cosα,sinα),b=(cosβ,sinβ), ∴a2=1, b2=1, ∴ab =

9、= (2)∵k2+1≥2k,即≥= ∴ab的最小值為, 又∵ab =| a||b |cos,|a|=|b|=1 ∴=11cos。 ∴=60,此時(shí)a與b的夾角為60。 注 與代數(shù)運(yùn)算相同,有時(shí)可以在含有向量的式子左右兩邊平方,且有|a+b|2=|(a+b)2|=a2+b2+2ab或|a|2+|b|2+2ab 例3 已知|a|=1,|b|=1,a與b的夾角為60, x=2a-b,y=3b-a,則x與y的夾角是多少? 解 由已知|a|=|b|=1,a與b的夾角為60, 得ab=|a||b|cosα=。 要計(jì)算x與y的夾角,需求出|x|,|y|,xy的值。 ∵|x|2=x2=

10、(2a-b)2=4a2-4ab+b2=4-4+1=3, |y|2=y2=(3b-a)2=9b2-6ba+a2=9-6+1=7. xy=(2a-b)(3b-a)=6ab-2a2-3b2+ab =7ab-2a2-3b2 =7-2-3=-, 又∵xy=|x||y|cosα,即-=cosα ∴cosα=-,α=π-arccos。 注 在計(jì)算x,y的模長(zhǎng)時(shí),還可以借助向量加法、減法的幾何意義獲得,如圖所示,設(shè)=b, =a, =2a,∠BAC=60。由向量減法的幾何意義,得 =-=2a-b。 由余弦定理易得||=,

11、即|x|=,同理可得|y|=. 例4 討論|a-b|與a,b的和或差的模的大小關(guān)系。 解 如圖: (1)當(dāng)a與b不平行時(shí),a,b以及a-b可以構(gòu)成一個(gè)三角形,如圖,于是|| a |-|b||<|a-b|<|a|+|b| (2)當(dāng)a與b平行時(shí),如果a與b的方向相同,則有|a-b|=||a|-|b||,其中當(dāng)|a|≥|b|時(shí),有 |a-b|=|a|-|b|, 當(dāng)|a|<|b|時(shí),有|a-b|=|b|-|a|。 如果a與b的方向相反,則有 |a-b|=|a|+|b| 注 利用幾何意義(三角形的兩邊之和大于第三邊)解向量中的有關(guān)問(wèn)題是常用方法。 例5 (1)已知a,b

12、是兩個(gè)非零向量,且a+3b與7a-5b垂直,a-4b與7a-2b垂直,試求a與b的夾角; (2)已知:|a|=,|b|=3,a和b的夾角為45,求使向量a+λb與λa+b的夾角是銳角時(shí)λ的取值范圍。 解 (1)∵a+3b與7a-5b垂直,∴(a+3b)(7a-5b)=0, 即7|a|2+16ab-15|b|2=0, ① 又∵a-4b與7a-2b垂直,∴(a-4b)(7a-2b)=0。 即7|a|2-30ab+8|b|2=0。 ② ①-②得46ab=23|b|2,得ab=|b|2, 代入①可得|a|=|b|,設(shè)所求a與b的夾角為θ,則 cosθ===,∴θ=60。 (2)

13、由已知 ab=|a||b|cos45=3=3。 ∵a+λb與λa+b夾角為銳角, ∴(a+λb)(λa+b)>0,即abλ2+(a2+b2) λ+ab>0。 把a(bǔ)b=3,a2+b2=|a|2+|b|2=2+9=11代入得3λ2+11λ+3>0, 解之得λ<或λ>,此即所求λ的取值范圍。 例6 如圖所示,已知四面體O-ABC中,M為BC的中點(diǎn),N為AC的中點(diǎn),Q為OB的中點(diǎn),P為OA的中點(diǎn),若AB=OC,試用向量方法證明,PM⊥QN。 證明 ∵M(jìn)是BC的中點(diǎn),連結(jié)OM, ∴=(+)。 同理由N是AC的中點(diǎn),得=(+)。 ∵=+=(++) =(-+)=(+)

14、, =+=(++)=(-+)=(+)= (-)。 ∴=(+)(-)=(-)。 ∵||=||,∴=0,即PM⊥QN。 例7如圖,設(shè)G為△OAB的重心,過(guò)G的直線(xiàn)與OA,OB分別交于P和Q,已知=h,=k,△OAB與△OPQ的面積分別為S和T。求證: (1)+=3; (2)≤T≤S。 證明 (1)連結(jié)OG并延長(zhǎng)交AB于M,則M為AB的中點(diǎn), ∴=(+), ==+。 ① 設(shè)G分PQ所成比為t:(1-t),則=(1-t) +t, 而=h,=k,∴=(1-t)h+tk。② 比較①,②得 (1-t)h=,tk=,即=3(1-t), =3t,∴+=3。 (2)∵∠POQ=

15、∠AOB,∴===hk。 由題(1)知k=>0,3h-1>0,∴=。 又-=-=, -=-=,且依題意0

16、點(diǎn),則: 解得:或 ∴點(diǎn)(1,4)和點(diǎn)(-1,-4)在函數(shù)y=2(x-h(huán))2+k的圖像上 ∴ 故所求解析式為:y=2(x+1)2-4,即y=2x2+4x-2 解法二 將y=2x2按向量a=(h,k)平移,設(shè)P(x,y)為y=2x2上任一點(diǎn),按a平移之后的對(duì)應(yīng)點(diǎn)為P′(x′,y′),則 故 ∴y-k=2(x-h(huán))2是平移之后的函數(shù)圖像解析式。由 消去y得:4x2-4(h+1)x+2h2+k-2=0 又∵兩交點(diǎn)關(guān)于原點(diǎn)對(duì)稱(chēng) ∴x1+x2=0,即=0,h=-1 又y1+y2=0, ∴2x12-4hx1+2+k+2x22-4hx2+2+k=0 ∴2(x12+x22)

17、+4(x1+x2)=-4-2k ∴2(x1+x2)2+4(x1+x2)-4x1x1=-4-2k ∵x1x2=, ∴-4=-4-2k, ∴k=-4 ∴y=2(x+1)2-4,即y=2x2+4x-2。 例9 如圖正方形OABC兩邊AB,BC的中點(diǎn)分別為D和E,求∠DOE的余弦值。 解析 創(chuàng)造使用求角公式的條件,為此須求。 =+=+,=+=+, ∴=(+)(+) =+(+)+ ∵⊥,⊥,∴ =0,=0。 又∵=, =,∴==||2=。 于是=(||2+||2)=||2, 又||2=||2+||2=||2+||2=||2, ∴cos∠DOE=

18、=== 注 利用向量解幾何題,關(guān)鍵是將有關(guān)線(xiàn)段設(shè)為向量,不同的設(shè)法可出現(xiàn)不同的解法。利用向量解平面幾何有時(shí)特別方便,但要注意的一點(diǎn),不宜搞得過(guò)難,因?yàn)楦呖荚谶@方面要求不高,只是在數(shù)學(xué)競(jìng)賽中有較高要求。 專(zhuān)題四 平面向量練習(xí) 一、選擇題 1.若三點(diǎn)P(1,1),A(2,-4),B(x,-9)共線(xiàn),則( ) A.x=-1 B.x=3 C.x= D.x=51 2.與向量a=(-5,4)平行的向量是( ) A.(-5k,4k) B.(-,-) C.(-10,2) D.(5k,4k) 3.若點(diǎn)P

19、分所成的比為,則A分所成的比是( ) A. B. C.- D.- 4.已知向量a、b,aa=-40,|a|=10,|b|=8,則向量a與b的夾角為( ) A.60 B.-60 C.120 D.-120 5.若|a-b|=,|a|=4,|b|=5,則向量ab=( ) A.10 B.-10 C.10 D.10 6.已知a=(3,0),b=(-5,5),則a與b的夾角為( ) A. B. C. D. 7.已知向量a=(3,4),b=(2,-1),如果向量a+xb與b垂直,則x的值

20、為( ) A. B. C.2 D.- 8.設(shè)點(diǎn)P分有向線(xiàn)段的比是λ,且點(diǎn)P在有向線(xiàn)段的延長(zhǎng)線(xiàn)上,則λ的取值范圍是( ) A.(-∞,-1) B.(-1,0) C.(-∞,0) D.(-∞,-) 9.設(shè)四邊形ABCD中,有=,且||=||,則這個(gè)四邊形是( ) A.平行四邊形 B.矩形 C.等腰梯形 D.菱形 10.將y=x+2的圖像C按a=(6,-2)平移后得C′的解析式為( ) A.y=x+10 B.y=x-6 C.y=x+6 D.y=x-10 11.將函數(shù)y=x2+4x+5的圖像按向量

21、a經(jīng)過(guò)一次平移后,得到y(tǒng)=x2的圖像,則a等于( ) A.(2,-1) B.(-2,1) C.(-2,-1) D.(2,1) 12.已知平行四邊形的3個(gè)頂點(diǎn)為A(a,b),B(-b,a),C(0,0),則它的第4個(gè)頂點(diǎn)D的坐標(biāo)是( ) A.(2a,b) B.(a-b,a+b) C.(a+b,b-a) D.(a-b,b-a) 二、填空題 13.設(shè)向量a=(2,-1),向量b與a共線(xiàn)且b與a同向,b的模為2,則b= 。 14.已知:|a|=2,|b|=,a與b的夾角為45,要使λb-a垂直,則λ= 。

22、 15.已知|a|=3,|b|=5,如果a∥b,則ab= 。 16.在菱形ABCD中,(+)(-)= 。 三、解答題。 17.如圖,ABCD是一個(gè)梯形,AB∥CD,且AB=2CD,M、N分別是DC、AB的中點(diǎn),已知=a,=b,試用a、b分別表示、、。 18.已知a=(1,2),b=(-3,2),當(dāng)k為可值時(shí):(1)ka+b與a-3b垂直;(2)ka+b與a-3b平行,平行時(shí)它們是同向還是反向? 19.設(shè)e1與e2是兩個(gè)單位向量,其夾角為60,試求向量a=2e1+e2,b=-3e1+2e2的夾角θ。

23、 20.以原點(diǎn)O和A(4,2)為兩個(gè)頂點(diǎn)作等腰直角三角形OAB,∠B=90,求點(diǎn)B的坐標(biāo)和。 21. 已知兩個(gè)向量a和b,求證:|a+b|=|a-b|的充要條件是a⊥b。 22.已知△ABC頂點(diǎn)A(0,0),B(4,8),C(6,-4),點(diǎn)M內(nèi)分所成的比為3,N是AC邊上的一點(diǎn),且△AMN的面積等于△ABC面積的一半,求N點(diǎn)的坐標(biāo)。 參考答案 1.B 2.A 3.C 4.C 5.A 6.B 7.D 8.A 9.C 10.B 11.A 12.C 13.(4,-2) 14.2 15.15 16.0 17.[

24、解] 連結(jié)AC ==a,…… =+= b+a,…… =-= b+a-a= b-a,…… =+=++= b-a,…… =-=a-b?!? 18.[解] (1)ka+b=(k-3,2k+2),a-3b=(10,-4)。 當(dāng)(ka+b)(a-3b)=0時(shí),這兩個(gè)向量垂直, ∴由10(k-3)+(2k+2)(-4)=0……得k=19。 (2)當(dāng)ka+b與a-3b平行,存在惟一的實(shí)數(shù)λ,使ka+b=λ(a-3b), 由(k-3,2k+2)=λ(10,-4)得 解得 此時(shí)-a+b與a-3b反向。 19.[解] ∵a=2e1+e2,∴|a|2=a2=(2e1+e2)2=4

25、e12+4e1e2+e22=7,∴|a|=。 同理得|b|=。又ab==(2e1+e2)(-3e1+2e2,)=-6e12+ e1e2+2e22=-, ∴ cosθ===-,∴θ=120. 20.[解] 如圖8,設(shè)B(x,y), 則=(x,y), =(x-4,y-2)。 ∵∠B=90,∴⊥,∴x(x-4)+y(y-2)=0,即x2+y2=4x+2y。① 設(shè)OA的中點(diǎn)為C,則C(2,1), =(2,1),=(x-2,y-1) ∵△ABO為等腰直角三角形,∴⊥,∴2(x-2)+y-1=0,即2x+y=5。② 解得①、②得或 ∴B(1,3)或B(3,-1),從而=(-3,1)或=(-1,-3) 21.[證明] 如圖9,=a, =b。 (1)充分性:若⊥,OBCA為矩形,則|a+b|=||,|a-b|=|| ∵OBCA為矩形,∴||=||,即|a+b|=|a-b| (2)必要性: ∵|a+b|=||,|a-b|=,且|a+b|=|a-b|,∴||=||, ∴平行四邊形OBCA為矩形,∴a⊥b,即a的方向與b的方向垂直。 22.[解] 如圖10, ==。 ∵M(jìn)分的比為3,∴=,則由題設(shè)條件得 =,∴ =,∴=2。 由定比分點(diǎn)公式得 ∴N(4,-)。

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