内容正文:
高中数学必修第三册(人教B版)精编版
16石,晋)U,石)【解析1设(0》-0,
0.解得华
4
则e1·e=cos8.
le +Ael=V1+A+2Acos0,le-Ae=VT+A-2Acos0,
20解:()os=3x2x-3)2-3。
.le,+Ae:l-le-Ae;l=1.V1+A'+2Acos0-V1+A-2Acos0
la+bl=V(atby=Va+b+2ab=V9+4-6=V7
=1,,V1+A+2Ac0s0=1+V1+A-2Ac0s0,两边平方,得1+
(2)设向量a与a+b的夹角0,则cos0=a:(a+b)
lalla+b=
A2+2Ac0s0=1+1+A2-2Ac0s0+2VT+A2-2Ac080.
9-3=2V7
即4Acos0-1=2V1+H-2Acos0,再次平方,得16Mcos0-
3xV7
7
8Acos0+1=4(1+A2-2Ac0s0),即16Acos0=4A2+3,则cos0=
21.解:.m=4.n=3,m与n的夹角为60°,m=
器
3
mlnleos-36.
A≥Y5,即A≥音0京≤号,则}<os0≤
(1)a+b+c2=(4m-n)3+(m+2n))2+(2m-3n)2
=16lmP-8m-n+lnP+lmP+4m-n+4In2+4lm-12m-n+9uP
=21mP-16m-n+14ln-21×16-16×6+14×9=366.
4
(2)a·b+2h-c-3c·a=(4m-n)·(m+2n)+2(m+2n)(2m
3n)-3(2m-3n)·(4m-n)=-16lm+5lm·n-23n=-16×16+51×
当0eo.号时,,则0e[g号
6-23x9=-157.
22.解:(1)向量m=(a+b,-e),n=(a+b,c),且
当0e(受,m时,-co0≤-方,则0e
2
m.n=(2+V3 )ab
bV万,放a=罗,00,君
综上,e,e的取值范围为石,号U,
(2)Rx)-2sin(A+)o(x)-cos(A+Ii)sin(2)-
故答案为[行,号U,要
=2sinCcoswr+cosCsin2x-1
2
17.03【解析】a=(2,1),b=(2,-1),c=(0,1).
(a+b)c=(4,0)-(0,1)=4×0+0x1=0,ab=2x2+1×(-1)=
-corsin2a-sin()
22
3.故答案为0,3
提升练习
~相邻两条对称轴分别为,+受,八)的最
18.解:(1)la=2,hl=3,*.(2a-3b)·(2a+b)=4a2-
小正周期为T=T,w=1:
4a…b-3b=16-4ab-27=-7,ab=-1.a-b与3a+kb垂直.
x)=in(2+若:由2km-<2r+石<2km+号,ke
6
(a-b)·(3a+kb)=0.
即3a2+hab-3ab-h2=0,12-k+3-9%=0,即k=3.
2·
Z,得m-号≤r≤km+君,keZ:又xe-n,m.
3
最:的值为号
∴)的单满递增区间为-m,一爱引,号君引,
(2)la+bl=V(a+by=Va+2a-b+n=V4-249=V11.
,小
设向量a与a+b的夹角为0,则cos9=a:(a+b-4ab=
8.1.2向量数量积的运算律
lal-la+bl 2xVIT
学习手册
4=3yT,÷向量a与a+b的夹角的余弦值为3
2V
22
22
变式训练1
①③④【解析】根据向量数量积的分配律知①正确:
19.解:(1)m,n是夹角为年的单位向量,:m=
[(bc)a-(c"a)b]c=(bc)(a"c)-(ca)(be)=0
n=l,m.n=1.1.cos=1
(bc)a-(ca)小b与c垂直,②错误:
32,
a,b不共线,lal,b1,a-b组成三角形三边,lal
.=2,.a=2m+n,b=-3m+2n,
b<a-b1成立,③正确:
o(.)V Vn)
(2m+n):(-3m+2n)
④正确,故正确命题的序号是①3④
变式训练2
6+2
解:已知a·b=allblcos0=4x2xcos120°=-4.a2=la=16.
V42+1V9642
b2-h=4.
(1)a+bf=(a+b)=a2+2ab+b=16+2x(-4)+4=12,la+
又a,b)e0,小,a,b=2
3
b1=2V3.
(2)a⊥b,.(2m+n)·(-3m+n)=0,于是-6+(21-3)·
(2)3a-4bP=(3a-4b)=9a2-24a-b+16b-9x16-24×(-4)
+16×4=16x19,.I3a-4b1=4V19
50
参考答案。
(3)(a+b)(a-2b)=a2-2ab+ab-2b=16-(-4)-2×4=
12,l(a+b)(a-2b=12.
3.CD【解析】m-n=m2-2mn+n3-2xV3X2xY了
2
变式训练3
4=L,m-nl=L.m在n方向上的投影的数量为mlcosπ
6
解:四边形ABCD为平行四边形,AD=BC=b,
BD=AD-AB=b-a,而AC=a+b.B丽.AC=(b-a)(b+a)=:
V3x罗=号故选cD
b-a2=b-la.又la=bl,B丽,AC=0,即BD⊥AC
4.D【解析】.1a-4bP-a2-8a-b+16b2-22-8×2×1×cos60°+
变式训练4
16×1-12.故选D.
解:四边形ABCD是矩形.理由如下:
5.AB【解析】0a=0,故A正确:a2=allacos0=la,
"a+h+c+d=0,a+b=-(c+d),∴(a+b)=(c+d),即la+:故B正骗:a-b1=allblicos(a,b1≥al-bleos(a,b),故C
2a-b+b-lc+2c·d+ld.
错误:(ab)2=(albleose0)2-r2.bcos0≠a2.b,故D错误.
由于ab=cd.laP+bP=c+ldP,①
故选AB.
同理有aP+ld-c+bP2
由①②可得a=c,且b=d,即四边形ABCD两组对
6.2【解折】A币=)(不i+AC)=号(2a+2h+2a-6b)=
边分别相等,·四边形ABCD是平行四边形.
2a-2b,.lMdP=4(ab)2=4(a2-2ab+b)=4x(3-2x2xV3×
由ab=bc,有b·(a-c)=0,面由平行四边形ABCD可
c0sπ+4)=4.则M1=2.
得a=-e,代入上式得b·(2a)=0,即ab=0a⊥b,即
6
AB⊥BC.综上所述,四边形ABCD是矩形.
变式训练5
,-号【解折】由已知得V2,C:Y2,则
解:不能.证明如下:
0C.(0丽-0示)=(0m+AC).AB=0.AB+AC.AB=1×
,向量a与b是两个互相垂直的单位向量,
.la=bl=1,a-b=0.
Vzos+厚xV=
又m=(ka+b)2-k2+1,n=(a+hb)2-k2+1.
8.3【解析】0m=L.0=V3,0,0丽0.0A1
m.n=(ka+b).(a+kb)=2k.
0B,.AB1=2=2I01.÷∠0BA=30.
∴2k=V2+1·V2+1c0s60°,即4h=2+1,解得k=2±
义LA0C=30,.0C⊥AB,故(m0+n0B)-(0B
V3,这与k为整数矛盾,,m与n的夹角不能等于60°,
-0A)=0.从而-m0+n0B3-0,3n-m=0,即m=3n,
随堂练习
=3.
n
LC2D3C4D5-月
9.解:(1)a+2bP=a2+4a-b+4b2-=1+4x1×2 xcos+4×4
6.解:(1)由a⊥b.得ab=0,则(V3e,-e)(e+
Ae:)=0.V3 e+V3 Aeie:-e'e:-Ae=0.V3-A=0.
1+4+16=21,a+2b1=V21.
(2)(2a-b)·(3a+b)=3
A=V3,
.6a2-3ab+2a-h-b=3,∴6a2-ab-b=3.
(2)V3e1-e2与e+Ae的夹角为60°,.cos(V3e-
e.erthe)=(V3ere).(ete:)=V3e+V3Ae
:6-x2xcos(a.b)-3.cos=
ex-eer-Aej=3-A.
0≤a,b≤,a,b=
IV3er-e:l=V(V3er-e2)=V3ei-2V3erexte:=2.
10.证明:设圆心为O,连接
le+Ae:l=V(ertAe2)=Vei+2eertre =VI+A..
0C,则c可=}HB1,c0=}+
V3-A=2xV1+×Cos60°=V1+2,解得A=V3
R),C而P=B,C而=
练习手册
4C+CB只,得B=(C+C.
效果评价
即(CB-C)=(C+C3).得
第10题答图
L.C【解析】lal=2,b1=V3,且向量a与b的夹角
CBCA-2CB.CA'=CB4CA+2CA'.CB,.4CB.CA'=0.
为150°,则ab=ah1eos150°=2xV3×-V)3=-3.故
2
CB.C-0,.CB⊥C,即∠ACB-90°
选C.
提升练习
2.C【解折】A=C+C=C+子CB=C+号(
山.A【解折】:单位向量c,6的夹角为号,4=时
AC)=}AC+子AB,AC=(号AC+号B(C
2e.b-2er-3e,得ere=-1x1xco-号,aeVe*2eg
3
B)=}x3-号×24}C=}+号2x3cos号=手故
=Ve+4e+4e'e-V3,ah=(e+2e)(2e-3e)=2ei-6ei+
选C,
51
言中数学必修第三册(人教B版)精编版
.9
2-33
(2)结论:在线段BC上存在使得BF=1BC1的一点
、ee-号,b在a上投影的数量为a:b=3
lal V3
2
F满足AF1BE,此时=V工,理由如下:设成=BC
故选A.
4
12.AD【解析】当a,b共线时,a*b=la-bl=b-al-b*
b,则F元=(1-t)b(0≤t≤1),,AF=AB+BF=a+b
a,当a,b不共线时,a*b=ab=ba-b*a,故A正确:
:在边长为1的菱形ABCD中,∠A=60°,lal=b1=1.
当A=0,b≠0时,A(a*b)=0,(Aa)*b=0-b1≠0,故B
错误:当a+b与c共线时,则存在a,b与c不共线,(a+
a-b=aleos60r=号
b)串c=a+b-cl.a*c+b*c=ac+b·c,显然a+b-cl≠ac+b,
c,故C错误;当e与a不共线时,a*el=ael<lal-lel<lal+
aF1BE.E=a+b)b号0=子a-h
l,当e与a共线时,设a=ue,ueR,la率e=a-el=ue-el=
M-l≤ul+l,故D正确.故选AD.
子a-子x宁号=0,解得
4
13.3-10【解析】10A=0B1=0C1,.点0为
㎡=}BC.f=a+4b
△ABC的外心,设∠OAB=0,可得∠OBA=0.
:Ad在AB方向上的投影的数量为10lcos0.B可在AB
P-VAPi-Vaa16-V+x16
方向上的投影的数量为BOleost0,
V21
由题意可知10leost0+B(lcost0=l4Bi=6.又.Oi=IOBi
8.1.3向量数量积的坐标运算
-0c1.
学习手册
,.A0'lcos0=3.即Ad在Ad方向上的投影的数量为3.
变式训练1
.A0.AB=AOMA Blcos0=314B1=18.A0.AC'=8.
解:【方法一】a=(-3.-2),b=(-4,k),5a-b=(-11,
A0.BC=A0.(AC-AB)=A0.AC-A0.AB=8-18=
-10-k).b-3a=(5,k+6),
-10.
∴.(5a-b)·(b-3a)=(-11.-10-k)·(5,k+6)=-55-(k+
14.V2【解析】,a⊥b,且a=b=1,
10)(k+6)=-55.
.ab=0,la+bl=V2.
,(k+10)(k+6)=0.∴k=-10或k=-6,b=(-4,-10)
义.(a-c)·(b-c)=ab+ee-(a+b)c=c2-(a+b)c=0.
或b=(-4.-6).
cF=(a+b)-c=la+bllclcos(a+b,c)....cl=la+blcos(a+b,c)=
【方法二】(5a-b)-(b-3a)=5a-h-15a2-b2+3ah=-15a2+
V2cos(a+b,c)≤V2,故lc的最大值为V2,
8ab-b=-15×(9+4)+8[(-3)×(-4)-2k]-(16+2)=-55.整理
得+16k+60=0,解得=-10或k=-6,b=(-4,-10)或
15.C【解析】由30+40i+500C=0.得500=-30A-
b=(-4.-6).
40丽.两边平方,得250C=90+160B+240.0呢,
变式训练2
△ABC外接圆半径是1,圆心为0,25=9+16+240.0心。
解:AB-0C=(-3,-1)-(2,-1)=(-3-21,-1),(AB
即00那-0.,0CA=写(50C)·(0丽-0)=写(-30
-0C)10C,.(4B-40C)0C=2(-3-21)-(-1)=-51-5=0,
l=-1.
40那)(0那-0)=(-30·0那+3040那440.0那
变式训练3
一行故选C
(1)解:由a=(1,V3),b=(V3+1,V3-1),得
16.解:当夹角为T时,也有(2te+7e)(e,+ite)<0,
ah=V3+1+V3×(V3-1)=4,al=2,b1=2V2.设a与
但此时夹角不是钝角
b的夹角为0,则co的=受,又0≤0≤m,=子
21=A,A=-V14
(2)证明:由条件得AB=(1,1),BC=(-4,3),C=
设2e1+7e2=入(e+e),A<0,则7=At、∴
2
(3,-4),B.BC=4+3=-1<0,1B,BC的夹角是钝角.
由向量21e1+7e2与e+ie2的夹角0为钝角,得cos0=
从而∠ABC为锐角.同理∠BCA,∠BAC也为锐角,
△ABC是锐角三角形
(2iet7e,:(e+e)0,÷(2ie+7e2)·(e+e)<0,化简得2r+
2te+7ele r+te
变式训练4
15+70,解得-7a<方所求实数1的取值范围是
解:设点D的坐标为(x,y),则A可=(x-2,y+1)
BC=(-6,-3),B丽=(x-3,y-2).点D在直线BC上,即
7,
B而与BC共线,二存在实数A使B丽=ABC,
17.解:(1)根据题意得,BC=A可=b,C正=2C可
即(x-3,y-2)=A(-6,-3).
号m子=子,配-C+配b-子a
6-3=-61.x-3=20g-2).即x-2+10
-2=-3A,
又AD1BC,AD.BC=0.即(x-2,y+1)(-6.-3)
=0,∴-6(x-2)-3(0y+1)=0,即2x+y-3=0.
52第八章 向量的数量积与三角恒等变换
学
学 习 目 标
1.
掌握平面向量数量积的运算律及常用
的公式
.
2.
会利用向量数量积的有关运算律进行
计算或证明
.
要 点 精 析
要点
1
向量数量积的运算律
例
1
给出下列结论:
①
若
a≠0
,
a
·
b=0
, 则
b=0
;
②
若
a
·
b=
b
·
c
, 则
a=c
;
③
(
a
·
b
)
c=a
(
b
·
c
);
④a
·[
b
(
a
·
c
)
-c
(
a
·
b
)]
=0
, 其中正确结论的序号是
.
解析 :
∵
两个非零向量
a
,
b
垂直时 ,
a
·
b=0
, 故
①
不正确;
当
a=0
,
b⊥c
时,
a
·
b=b
·
c=0
, 但不能
得出
a=c
, 故
②
不正确;
向量 (
a
·
b
)
c
与
c
共线,
a
(
b
·
c
) 与
a
共
线, 故
③
不正确;
a
·[
b
(
a
·
c
)
-c
(
a
·
b
)]
=
(
a
·
b
)(
a
·
c
)
-
(
a
·
c
)
(
a
·
b
)
=0
, 故
④
正确
.
反思感悟
向量的数量积
a
·
b
与实数
a
,
b
的乘积
a
·
b
有联系, 同时有许多不同之处
.
例如,
由
a
·
b=0
不能得出
a=0
或
b=0.
特别是向量
的数量积不满足结合律 , 即一般情况下
(
a
·
b
)·
c≠a
·(
b
·
c
)
.
变式训练
1
设
a
,
b
,
c
是任意的非零向量, 且它们
相互不共线, 给出下列结论:
①a
·
c-b
·
c=
(
a-b
)·
c
;
②
(
b
·
c
)·
a-
(
c
·
a
)·
b
不与
c
垂直;
③|a|-|b|<|a-b|
;
④
(
3a+2b
)·
(
3a-2b
)
=9 |a |
2
-4 |b |
2
.
其中正确的序号是
.
要点
2
用数量积求长度
例
2
已知
|a |=|b |=5
, 向量
a
与
b
夹角
θ=
π
3
, 求
|a+b|
,
|a-b|
,
|3a+b|.
解:
a
·
b=|a||b|cosθ=
25
2
,
|a+b|=
(
a+b
)
2
姨
= |a|
2
+2a
·
b+|b|
2
姨
=5 3
姨
,
|a-b|=
(
a-b
)
2
姨
= |a|
2
-2a
·
b+|b|
2
姨
=5
,
|3a
+b|=
(
3a+b
)
2
姨
= 9|a|
2
+6a
·
b+|b|
2
姨
=5 13
姨
.
反思感悟
此类求解模问题一般转化为求模平方,
与向量数量积联系, 要灵活应用
a
2
=|a|
2
, 勿
忘记开方
.
变式训练
2
已知向量
a
与
b
的夹角为
120°
, 且
|a|=
4
,
|b|=2
, 求:
(
1
)
|a+b|
; (
2
)
|3a-4b|
; (
3
)
|
(
a+b
)·
(
a-2b
)
|.
8.1.2 向量数量积的运算律
65
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学
要点
3
利用数量积解决垂直问题
例
3
已知
|a |=3
,
|b |=2
,
a
与
b
的夹角
为
60°
,
c=3a+5b
,
d=ma-3b.
当
m
为何值时,
c
与
d
垂直?
分析 可利用
c⊥d圳c
·
d=0
构造方程
求
m.
解: 若
c⊥d
, 则
c
·
d=0
, 即 (
3a+5b
)·
(
ma-3b
)
=0
, 即
3ma
2
-9a
·
b+5ma
·
b-15b
2
=0.
由
a
2
=|a|
2
=9
,
b
2
=|b|
2
=4
,
a
·
b=|a||b|
·
cos60°=3
,
得
27m-27+15m-60=0
, 解得
m=
29
14
.
反思感悟
向量的垂直问题主要借助于结论
a⊥b
圳a
·
b=0
, 把几何问题转化为代数问题
.
变式训练
3
已知平行四边形
ABCD
中,
A
#$
B =a
,
B
B$
C =
b
, 且
|a|=|b|
, 试用
a
,
b
表示
B
B$
D
,
A
B$
C
并计算
B
B$
D
·
A
B$
C
, 判断
B
B$
D
与
A
B$
C
的位置关系
.
要点
4
用向量解决平面几何问题
例
4
如图 , 在正三
角形
ABC
中,
D
,
E
分别
是
AB
,
BC
上的一个三等
分点, 且
AE
,
CD
交于点
P.
求证:
BP⊥CD.
证明: 设
P
B$
D =λC
B$
D
, 并设正三角形
ABC
的边长为
a
,
则 有
P
B$
A = P
B$
D + D
B$
A = λ C
B$
D +
1
3
B
B$
A =
λ
2
3
B
B$
A -B
B$
C
C (
+
1
3
B
B$
A =
1
3
(
2λ+1
)
B
B$
A-λB
B$
C .
又
∵E
B$
A =B
B$
A -
1
3
B
B$
C
,
P
B$
A∥E
B$
A
, 设
P
B$
A=
kE
B$
A
,
∴
1
3
(
2λ+1
)
B
B$
A-λB
B$
C =kB
B$
A-
1
3
kB
B$
C
,
于是有
1
3
(
2λ+1
)
=k
,
λ=
1
3
k
k
,
,
,
,
,
,
+
,
,
,
,
,
,
-
,
解得
λ=
1
7
.
∴P
B$
D=
1
7
C
B$
D
,
∴C
B$
P=
6
7
C
B$
D .
又
∵C
B$
D=
2
3
B
B$
A-B
B$
C
,
∴B
B$
P=B
B$
C+C
B$
P=B
B$
C+
6
7
C
B$
D =B
B$
C+
6
7
2
3
B
B$
A -B
B$
C
C (
=
1
7
B
B$
C+
4
7
B
B$
A
,
∴B
B$
P
·
C
B$
D=
1
7
B
B$
C +
4
7
B
B$
A
C (
·
2
3
B
B$
A -B
B$
C
C (
=
2
21
B
B$
C
·
B
B$
A -
1
7
B
B$
C
2
+
8
21
B
B$
A
2
-
4
7
B
B$
A
·
B
B$
C =
2
21
a
2
cos60°-
1
7
a
2
+
8
21
a
2
-
4
7
a
2
cos60°=0
,
∴B
B$
P
⊥C
B$
D
,
∴BP⊥CD.
变式训练
4
四边形
ABCD
中,
A
B$
B=a
,
B
B$
C=b
,
C
B$
D=
图
8-1-4
66
第八章 向量的数量积与三角恒等变换
学
c
,
D
!"
A=d
, 且
a
·
b=b
·
c=c
·
d=d
·
a
, 试回答四
边形
ABCD
是什么图形? 并说明理由
.
例
5
设平面内两非零向量
a
与
b
互相
垂直, 且
|a|=2
,
|b|=1
,
k
和
t
是两个不同时
为零的实数
.
(
1
) 若
x=a+
(
t-3
)
b
与
y=-ka+tb
垂直 ,
求
k
关于
t
的函数关系式
k=f
(
t
);
(
2
) 求函数
k=f
(
t
) 的最小值
.
解 : (
1
)
∵a⊥b
,
∴a
·
b=0.
又
x⊥y
,
∴x
·
y=0
, 即 [
a+
(
t-3
)
b
]·(
-ka+tb
)
=0
,
整理得
-ka
2
-k
(
t-3
)
a
·
b+ta
·
b+t
(
t-3
)·
b
2
=
0. ∵|a|=2
,
|b|=1
,
∴-4k+t
2
-3t=0
, 即
k=
1
4
(
t
2
-3t
)
.
(
2
) 由 (
1
) 知,
k=
1
4
(
t
2
-3t
)
=
1
4
t-
3
2
$ %
2
-
9
16
, 即函数的最小值为
-
9
16
.
变式训练
5
设
a
与
b
是两个互相垂直的单位向量,
当
k
为整数时, 向量
m=ka+b
与向量
n=a+kb
的夹角能否等于
60°
? 证明你的结论
.
数 学 文 化
例 (多选题) 八卦是中国古老文化的
深奥概念
.
图
1
是八卦模型图, 将其简化为
图
2
中的正八边形
ABCDEFGH
, 其中
OA=
1
, 给出下列结论:
①H
!"
D
·
B
!"
F =0
;
②O
!"
A
·
O
!"
D =-
2
姨
2
;
③
O
!"
B +O
!"
H =- 2OE
姨
;
④
连接
FH
, 则
|A
!"
H -F
!"
H |
= 2- 2
姨
姨
.
其中正确结论为 ( )
A. ① B. ② C. ③ D. ④
解析: 正八边形
ABCDEFGH
中,
HD⊥
BF
, 则
H
!"
D
·
B
!"
F =0
,
①
正确;
O
!"
A
·
O
!"
D =1×1×
cos
3π
4
=-
2
姨
2
,
②
正确;
O
!"
B +O
!"
H = 2
姨
O
!"
A
=- 2
姨
O
!"
E
,
③
正确; 连接
AF
,
|A
!"
H -F
!"
H |=
|A
!"
F |=|O
!"
F -O
!"
A |
, 则
|A
!"
F |
2
=1+1-2×1×1×cos
3π
4
=2+ 2
姨
, 由此得
|A
!"
H -F
!"
H |=|A
!"
F |= 2+ 2
姨
姨
,
④
错误
.
故选
ABC.
图
1
图
2
图
8-1-5
67