8.1.2 向量数量积的运算律-【新课程能力培养】2024-2025学年高中数学必修第三册学习手册(人教B版)

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资源信息

学段 高中
学科 数学
教材版本 高中数学人教B版必修第三册
年级 高一
章节 8.1.2 向量数量积的运算律
类型 学案
知识点 -
使用场景 同步教学-新授课
学年 2024-2025
地区(省份) 全国
地区(市) -
地区(区县) -
文件格式 ZIP
文件大小 933 KB
发布时间 2025-02-17
更新时间 2025-02-17
作者 北方联合出版传媒(集团)股份有限公司分公司
品牌系列 新课程能力培养·高中同步练习
审核时间 2024-10-08
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来源 学科网

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 高 中 数 学 必 修 第三册 (人教 B 版) 精编版 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

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