6.4.1 平面几何中的向量方法（6大题型）-2023-2024学年高一数学同步题型分类归纳讲与练（人教A版2019必修第二册）

6.4.1 平面几何中的向量方法 1、能运用向量的模长公式求解平面图形中的线段长度问题； 2、能运用向量的夹角公式求解平面图形中的角度计算问题； 3、能运用向量共线与垂直的充要条件求解平面图形中有关平行与垂直的问题。 一、用向量方法解决平面几何问题的“三步曲”： （1）建立平面几何与向量的关系，用向量表示问题中涉及到的几何元素，将平面几何问题转化为向量问题； （2）通过向量运算，研究元素之间的关系，如距离、夹角等问题； （3）把运算结果“翻译”成几何关系。 二、利用向量证明平面几何的两种经典方法及步骤： 1、线性运算法 （1）选取合适的基底（一般选择夹角和模长已知的两个向量）； （2）利用基底表示相关向量； （3）利用向量的线性运算或数量积找到相应关系； （4）把计算结果“翻译”为几何问题。 2、坐标运算法 （1）建立适当的直角坐标系（尽可能让更多的点在坐标系上）； （2）把相关向量坐标化； （3）用向量的坐标运算找到相应关系； （4）利用向量关系回答几何问题。 二、平面几何中证明问题的具体转化方法 1、证明线段，可转化为证明； 2、证明线段，只需证明存在一个实数，使成立； 3、证明两线段，只需证明数量积； 4、证明三点共线，只需证明存在一个，使成立。 题型一 利用向量证明线段垂直 【例1】（2023·全国·高一随堂练习）用向量的方法证明在等腰三角形ABC中，，点M为边BC的中点，求证：． 【变式1-1】（2023·陕西西安·高一统考期末）已知在中，点是边上靠近点的四等分点，点为中点，设与相交于点. （1）请用、表示向量； （2）设和的夹角为，若，且，求证：. 【变式1-2】（2023·海南·高一校考期中）如图所示，已知在正方形中，E，F分别是边，的中点，与交于点M. （1）设，，用，表示，； （2）猜想与的位置关系，写出你的猜想并用向量法证明你的猜想. 【变式1-3】（2023·山东济南·高一山东师范大学附中校考阶段练习）在平面直角坐标系中，的三个顶点坐标分别为，，(且)，D为AB的中点，E为的重心，F为的外心． （1）求重心E的坐标； （2）用向量法证明：． 题型二 利用向量证明线段平行 【例2】（2023·高一课时练习）如图，在平行四边形ABCD的对角线BD所在的直线上取两点E，F，使BE=DF．用向量方法证明：四边形AECF是平行四边形． 【变式2-1】（2023·高一课时练习）设P，Q分别是梯形ABCD的对角线AC与BD的中点 （1）试用向量证明：PQAB； （2）若AB=3CD，求PQ：AB的值. 【变式2-2】（2023·河北保定·高一校联考期中）已知，如图，在中，点满足，是线段上一点，，点为的中点，且三点共线． （1）求的最小值． （2）若点满足，证明：． 【变式2-3】（2023·广东·高二校联考阶段练习）如图，三点不共线，，，设，. （1）试用表示向量； （2）设线段的中点分别为，试证明三点共线. 题型三 利用向量求线段的长度 【例3】（2023·福建·高一校联考期中）在中，点D是边的中点，，，，则的值为（ ） A． B． C． D． 【变式3-1】（2023·全国·高一专题练习）在平面内，若，则的取值范围是 （ ） A． B． C． D． 【变式3-2】（2023·辽宁鞍山·高一校联考阶段练习）已知，，，，点D在边上且，则长度为（ ） A． B． C． D． 【变式3-3】（2022·山东济宁·高一统考期中）已知两点分别是四边形的边的中点，且，，，，则线段的长为是 题型四 利用向量求几何夹角 【例4】（2023·福建厦门·高一校考期中）如图，正方形ABCD的边长为6，E是AB的中点，F是BC边上靠近点B的三等分点，AF与DE交于M，则 . 【变式4-1】（2023·山东聊城·高一统考期末）如图，在中，已知，，，是的中点，，设与相交于点，则 ． 【变式4-2】（2023·湖南怀化·高一统考期末）在中，已知，，，和边上的两条中线，相交于点，则的余弦值为 【变式4-3】（2022·山东菏泽·高一统考期末）如图，在中，已知，，，且.求. 题型五 判断三角形的形状 【例5】（2023·重庆·高一校联考阶段练习）在中，若，则一定为（ ） A．等腰三角形 B．直角三角形 C．钝角三角形 D．锐角三角形 【变式5-1】（2023·广西·高一校联考期中）若非零向量与满足，且，则为（ ） A．三边均不等的三角形 B．直角三角形 C．底