(讲义)第6章 微专题1 平面向量中的最值与范围问题-【提分教练】2023-2024学年新教材高中数学必修第二册(人教A版)

2024-01-06
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微专题1 平面向量中的最值与范围问题 平面向量中的最值和范围问题是高中数学的热点问题,由于平面向量具有了“数”与“形”的双重特性,故其最值或范围问题可从代数与几何两大视角进行切入,解题方法可分为构造目标函数法、直角坐标系法、基本不等式法、极化恒等式法、几何意义法等. 类型1 目标函数法求最值(或范围) 【例1】 (1)已知向量a,b满足a=(t,2-t),|b|=1,且(a-b)⊥b,则a,b的夹角的最小值为(  ) A.   B.   C.   D. (2)已知向量a=(cos θ,sin θ),b=(-,1),则|2a-b|的最大值为________. (1)C (2)4 [(1)因为(a-b)⊥b,所以(a-b)·b=0,即a·b=b2, cos 〈a,b〉=====, 又因为2t2-4t+8=2[(t-)2+2]≥2[(-)2+2]=4, 所以0<cos〈a,b〉≤, 所以a,b的夹角的最小值为. (2)法一(构造函数法):由题意得|a|=1,|b|=2, a·b=sin θ-cos θ=2sin , 所以|2a-b|2=4|a|2+|b|2-4a·b =4×12+22-8sin =8-8sin . 所以|2a-b|2的最大值为8-8×(-1)=16, 故|2a-b|的最大值为4. 法二(几何意义):由题意得|2a-b|≤2|a|+|b|=2×1+2=4,当且仅当向量a,b方向相反时不等式取等号,故|2a-b|的最大值为4. 类型2 坐标法、几何意义法求最值(或范围) 【例2】 (2020·新高考Ⅰ卷)已知P是边长为2的正六边形ABCDEF内的一点,则 的取值范围是(  ) A.(-2,6)   B.(-6,2) C.(-2,4) D.(-4,6) A [法一(坐标法): 如图,取A为坐标原点,AB所在直线为x轴建立平面直角坐标系, 则A(0,0),B(2,0),C(3,),F(-1,). 设P(x,y),则=(x,y),=(2,0),且-1<x<3. 所以=(x,y)·(2,0)=2x∈(-2,6). 法二(几何意义法): 的模为2,根据正六边形的特征, 可以得到方向上的投影的取值范围是(-1,3),结合向量数量积的定义,可知等于的模与方向上的投影的乘积,所以的取值范围是(-2,6),故选A.] 类型3 基本不等式法求最值(或范围) 【例3】 如图,在直角梯形ABCD中,AB∥CD,∠DAB=90°,AD=AB=4,CD=1,动点P在边BC上,且满足=m+n(m,n均为正实数),则+的最小值为________.  [由题意得==-,所以=m+n=m+n=+n, 由P,B,C三点共线,得 m-n+n=m+n=1(m,n>0), 所以+==++≥+2=+= (当且仅当3n2=4m2,即时取等号),则+的最小值为.] 类型4 极化恒等式法求最值(或范围) 【例4】 (1)如图所示,正方形ABCD的边长为1,A,D分别在x轴、y轴的正半轴(含原点)上滑动,则的最大值是________. (2)四边形ABCD为菱形,∠BAC=30°,AB=6,P是菱形ABCD所在平面的任意一点,则的最小值为________. (1)2 (2)-27 [(1)如图,取BC的中点M,AD的中点N,连接MN,ON,则=-.因为OM≤ON+NM=AD+AB=,当且仅当O,N,M三点共线时取等号.所以的最大值为2. (2)由题设,AC=6,取AC的中点O,连接OA,OC,OP, 则===,所以=()·()=-=-27≥-27.] 微专题强化练(一) 平面向量中的最值与范围问题 一、选择题 1.在边长为1的正方形ABCD中,M为边BC的中点,点E在线段AB上运动,则的取值范围是(  ) A.   B. C. D.[0,1] C [将正方形放入如图所示的平面直角坐标系中,设E(x,0),0≤x≤1. 则M,C(1,1). 所以==(1-x,1), 所以=(1-x,1)·=(1-x)2+. 因为0≤x≤1, 所以≤(1-x)2+≤, 即的取值范围是.] 2.边长为2的正△ABC内一点M(包括边界)满足:=+λ(λ∈R),则的取值范围是(  ) A. B. C. D.[-2,2] B [因为点M在△ABC内部(包括边界), 所以0≤λ≤, 由=·() = =-2++2λ=-+2λ∈.] 3.已知A,B,C三点共线(该直线不过原点O),且=m+2n(m>0,n>0),则+的最小值为(  ) A.10   B.9   C.8   D.4 C [因为A,B,C三点共线(该直线不过原点O),且=m+2n(m>0,n>0), 所以m+2n=1, 所以+=(m+2n) =4++≥4+2=8, 当且仅当=,即m=,n=时等号成立.] 4.已知等边△ABC的

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