向量综合-4.几何法(二)向量与圆、极化恒等式讲义-2024届高三数学一轮复习

2023-11-23
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向量综合(4) 向量,作为高中数学的一个内容模块,是每年高考试卷中不可或缺的部分。对于大部分地区,向量往往以简单题的形式出现;但近年来,尤其是浙江地区,向量已逐渐占据了压轴小题的位置,其难度不容小觑。本节难度较大,需要同学们有着扎实的基础知识。 解决向量题主要有着三大方法:基底法、坐标法(建系法)、几何法。我们对三种方法附以相应的例题,其中的几何法是我们的讲解重点,希望同学们仔细体会理解。 【总览】 第一章 基底法 1 第一节 向量的拆分 1 第二节 基底法的运用 5 第二章 坐标法 9 第三章 几何法 12 第一节 向量的减法 12 第二节 向量与相似三角形 14 第三节 向量与垂直 17 第四节 数量积与投影 21 第五节 三点共线定理及其运用 24 第六节 向量与圆(本节) 28 第七节 极化恒等式(本节) 43 第六节 向量与圆 【建议课时】3 圆可以说是向量题的宠儿,很多复杂的条件、点的轨迹最终都指向了圆的模型,本节也是我们将重点讲述的内容。 我们先来回顾一下哪些情况下会出现圆: ①若动点到一定点的距离为一个定值,则动点的轨迹为一个圆; ②直径所对的圆周角为直角,若动点与线段两端点之间所成角为90°,则该动点轨迹为一个圆; ③四边形的两对角互补时,该四边形的四个顶点位于同一个圆上,即“四点共圆” ④圆的弦长、圆心角、圆周角是对应的,在三角形中,若定边的对角为定值,则该顶点也位于一个圆上,即三角形的外接圆。 ⑤阿波罗尼斯圆:若动点到两定点之间的距离之比为一个常数,则该动点的轨迹为一个圆。 在复杂的向量题目中,涉及到圆的知识无非就是以上五种,五种模型我们都分别有对应例题进行阐述,帮助同学们理解向量与圆的关系。 【例一】已知,。若,则的取值范围是 . [解答]设,,, 由于,不难看出 因此可以看出点C在以D为圆心,半径为1的圆上, 即表示OC线段的长,而圆上一点到圆外一点距离的最值为:圆心到该点的距离半径 ,,则的取值范围是[1,3] ★这道题用到了第一种模型,动点到定点的距离为一个定值。很多时候,这种类型的题目都可以通过向量的减法来进行转换。这道题的条件由于已经是减法,能够直接得到一条直观的线段,因此符合了圆的定义。在很多题目中,向量的减法需要我们自己的构造,我们看一下下面的变式题。 【变式一】均为单位向量,且它们的夹角为45°,设满足, 则的最小值为 . [解答]构造向量的减法,即 设,,,, , 由此我们可以看出A点在以M点为圆心,为半径的圆上, 但对于,作直线,而即为直线上的向量,因此B点位于直线上 ,表示圆上一点A到直线上一点B之间的距离 圆上一点到直线距离的最小值为:圆心到直线的距离剪去半径 M点坐标为,直线的方程为 因此 ★这道题需要我们自己构造向量的减法,才能得出A点的轨迹。对于,若不作出变换,即使我们通过平行四边形作出合向量,其几何意义仍然不明确,而当我们变换成后,其几何意义就清晰了。这也就是我们第一节所说的向量的减法相比于加法而言,能让我们得到一条直观的线段。但这道题的我们没有强行地转换成减法,原因是从中我们就已经能够看出B点位于直线上这一几何意义。 【变式二】在平面直角坐标系中,O是坐标原点,A(-1,0),B(0,),C(3,0).动点D满足.则的取值范围是(  ) A.[,+1] B.[-1,+1] C.[-1,] D.[1,+1] [解答]在第二章的坐标法中,我们用纯粹的代数运算得出答案,现在我们试试纯粹的几何法 ,因此点D在以C为圆心,1为半径的圆上, 设, , 表示F点到圆上D点之间的距离,因此最值为: , 则的取值范围是[-1,+1] 【变式三】已知,向量满足,则的最大值为   . [解析]设,,, 通过上面例题的讲解,不难看出,的终点C是以D为圆心,为半径的圆 表示圆上动点C到定点O之间的距离,其最大值即为圆心到定点的距离+半径 即,现问题转换为求出的最大值 采用几何的思想,OABD构成了一个菱形,而,恰好是菱形的两条对角线,菱形的对角线相互垂直,设交线为P 设,则 对角线 ,最大值为 因此 本题比较经典,大多数同学可能都做过。此题也可以通过不等式求解,在这里不作分析。 【例二】已知向量满足且,则的最大值为   . [分析]这是我们圆的第二种模型,即直径所对的圆周角为直角。 [解答],即间夹角为60° 设,,, 由,即,因此点C位于以AB为直径的圆上,设圆心为M ,表示圆上动点C到圆外定点D之间的距离 最大值即为,圆心到定点间的距离 + 半径, ,, 所以 【变式一】已知向量满足,,且 ,,则的最大值是  . [解答]设,,,, ,即间夹角为60°, ,则D点位于以AB为直径的圆上,半径为1 ,则E点位于以AC为直径的圆

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