内容正文:
6.2.4 向量的数量积
第六章 平面向量及其应用
问题引入
向量可以进行加、减运算,以及数乘运算,这三种
运算称为向量的线性运算.
向量的乘法应该如何定义?
回顾物理功的概念
θ
S
F
W=|F||S|cosθ
这是一个标量
新知探索
向量的夹角
θ
A
B
b
a
O
非零向量a和b
∠AOB为向量a和b的夹角
①两个向量均为非零向量.
②两个向量有共同的起点.
③范围:0≤θ≤π.
④当θ=0时, a和b同向;当θ=π时, a和b反向.
⑤当θ=时,称a和b垂直,记作a⊥b.
新知探索
数量积的定义
已知两个非零向量a与b,
它们的夹角为θ,
数量|a||b|cos θ叫做a与b的数量积(或内积),记作a·b,即a·b=|a||b|cos θ.
①数量积的结果为数量.
②零向量与任一向量的数量积为0.
③仅与向量的模及其夹角有关.
新知探索
投影变换与投影向量
D
b
a
A
B
C
A1
B1
为向量a在向量b上的投影向量
b
a
O
N
M
M1
向量b方向的单位向量为e,a与b的夹角为θ,探究投影向量的表示.
b
a
O
N
M
M1
b
a
O
N
M
M1
b
a
O
N
M
M1
θ
θ
θ
=(|a|cosθ)e
=0
=(|a|cos)e
=-|a|cos(π-θ)e
=(|a|cos θ)e
任意θ∈[0,π],有=(|a|cosθ)e.
新知探索
数量积的性质
设a与b都是非零向量,θ为a与b的夹角.
(1)垂直的条件:a⊥b⇔a·b=0.
(2)当a与b同向时,a·b=|a||b|;
当a与b反向时,a·b=-|a||b|.
(3)模长公式:a·a=|a|2或|a|=
(4)夹角公式:cos θ=.
(5)|a·b|≤|a||b|.
【思考】
(1)对于任意向量a与b,如果a·b=0,
是否有a=0或b=0?
(2)当cos θ<0时,
能否说明向量a与b的夹角为钝角?
新知探索
数量积的运算律
1.a·b= .
2.(λa)·b= = .
3.(a+b)·c= .
b·a
λ·(a·b)
a·(λb)
a·c+b·c
【思考】若a·b=b·c,是否可以得出结论a=c?
【答案】否
【探究】完全平方式及平方差公式对于任意
向量a,b是否成立?
【答案】成立
典例精析
题型一:求两向量的数量积
例1 已知正三角形ABC的边长为1,求:
例2 已知|a|=4,|b|=7,且向量a与b的夹角为120°,求(2a+3b)·(3a-2b).
典例精析
题型一:求两向量的数量积
解 (2a+3b)·(3a-2b)
=6a2-4a·b+9b·a-6b2
=6|a|2+5a·b-6|b|2
=6×42+5×4×7·cos 120°-6×72
=-268.
典例精析
题型二:求向量的模
典例精析
题型三:求向量的夹角
例4 (1)设n和m是两个单位向量,夹角是60°,求向量a=2m+n与b=2n-3m的夹角.
解 ∵|n|=|m|=1且m与n夹角是60°,
a·b=(2m+n)·(2n-3m)
=m·n-6m2+2n2
设a与b的夹角为θ,
(2)已知非零向量a,b满足|a|=|b|=|a+b|,求a与a+b的夹角及a与a-b的夹角.
解 如图所示,
∴四边形OACB为菱形,OC平分∠AOB,
∴∠AOC=60°,即a与a+b的夹角为60°.
∵∠AOC=60°,∴∠AOB=120°,
即a与a-b的夹角为30°.
典例精析
题型四:与垂直有关的问题
例5 已知向量a,b,且|a|=1,|b|=2,(a+2b)⊥(3a-b),
①求向量a与b夹角的大小;②求|a-2b|的值.
解 ①设a与b的夹角为θ,
由已知得(a+2b)·(3a-b)=3a2+5a·b-2b2
=3+10cos θ-8=0,
②因为|a-2b|2=a2-4a·b+4b2
=1-4+16=13,
所以θ=60°,即a与b的夹角为60°.
跟踪练习
1.已知|a|=1,|b|=2,a与b的夹角为 ,则a·b等于
A.1 B.2 C.3 D.4
√
1
2
3
4
5
解 a·b=1×2×cos =1.
跟踪练习
2.已知向量a,b满足|a|=1,a·b=-1,
则a·(2a-b)=( )
A.4 B.3
C.2 D.0
解 a·(2a-b)=2a2-a·b
=2-(-1)=3,故选B.
√
跟踪练习
跟踪练习
√
解 由题意,
得BC=a,CD=a,∠