第2章 6.2 平面向量在几何、物理中的应用举例(学案)-【成才之路】2024-2025学年高中新课程数学必修第二册同步学习指导(北师大版2019)

2025-03-20
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资源信息

学段 高中
学科 数学
教材版本 高中数学北师大版必修 第二册
年级 高一
章节 6.2平面向量在几何、物理中的应用举例
类型 学案
知识点 -
使用场景 同步教学-新授课
学年 2025-2026
地区(省份) 全国
地区(市) -
地区(区县) -
文件格式 ZIP
文件大小 972 KB
发布时间 2025-03-20
更新时间 2025-03-20
作者 河北万卷文化有限公司
品牌系列 成才之路·高中新教材同步学习指导
审核时间 2025-02-26
下载链接 https://m.zxxk.com/soft/50672803.html
价格 2.00储值(1储值=1元)
来源 学科网

内容正文:

5.如图所示,由题意,得∠ABC = 45° - 30° = 15°,∠DAC = 60° - 30° = 30°. ∴ ∠BAC = 150°,∠ACB = 15°,∴ AC = AB = 40 m,∠ADC = 120°,∠ACD = 30°. 在△ACD中,由正弦定理,得 CD = sin∠CADsin∠ADC × AC = sin 30°sin 120° × 40 = 槡40 3 3 (m).故转播塔的高度为槡 40 3 3 m. 6. 2  平面向量在几何、物理中的应用举例 必备知识  探新知 知识点1  (1)x1y2 = x2y1   (3)a·b| a | | b |   (4) x 2 1 + y槡 21 关键能力  攻重难 例1:(1)由已知得点D(- 1,1),E(- 3,- 1),F(2,- 2), 设M(x,y)是直线DE上任意一点,则→DM∥→DE. →DM =(x + 1,y - 1),→DE =(- 2,- 2), ∴ (- 2)×(x + 1)-(- 2)×(y - 1)= 0,即x - y + 2 = 0为 直线DE的方程. 同理可求,直线EF,FD的方程分别为x + 5y + 8 = 0,x + y = 0. (2)设点N(x,y)是CH所在直线上任意一点, 则→CN⊥→AB. ∴ →CN·→AB = 0. 又→CN =(x + 6,y - 2),→AB =(4,4), ∴ 4(x + 6)+ 4(y - 2)= 0, ∴ x + y + 4 = 0为所求直线CH的方程. 对点训练1:→AB =(3,4),→AC =(- 8,6), 角A的平分线的一个方向向量为 a = →AB |→AB | + →AC |→AC | = 35 ,( )45 + - 45 ,( )35 = - 15 ,( )75 . 设P(x,y)是角平分线上的任意一点, ∵角A的平分线过点A, ∴ →AP∥a,又→AP =(x - 4,y - 1), ∴所求直线方程为- 15 (y - 1)- 7 5 (x - 4)= 0. 整理得7x + y - 29 = 0. 例2:【证明】  设→AB = a,→AC = b,→AD = e,→DB = c,→DC = d,则 a = e + c,b = e + d. ∴ a2 - b2 =(e + c)2 -(e + d)2 = c2 + 2e·c - 2e·d - d2 . 由已知a2 - b2 = c2 - d2, ∴ c2 + 2e·c - 2e·d - d2 = c2 - d2,∴ e·(c - d)= 0. ∵ →BC =→DC -→DB = d - c, ∴ →AD·→BC = e·(d - c)= 0, ∴ →AD⊥→BC.即AD⊥BC. 对点训练2:C   取AC的中点 O,则∵ →PA +→PC = →m AB(m > 0,m为 常数),∴ →m AB = 2 →PO,∴ C到直线 AB的距离等于P到直线AB的距离 的2倍,故S△ABC = 2 S△ABP = 12.故 选C.     例3:设向量a表示风速,b表示无 风时飞机的航行速度,c表示有风时飞 机的航行速度,则c = a + b. 如图,作向量→OA = a,→OB = b,→OC = c,则四边形OACB为平行四边形. 过C、B分别作OA的垂线,交AO的延长线于D、E点. 由已知,|→OA | = 75(槡槡6 - 2),|→OC | = 150,∠COD = 45°. 在Rt△COD中,OD = OC 槡cos 45° = 75 2,CD 槡= 75 2. 又ED = BC = OA = 75(槡槡6 - 2), ∴ OE = OD + ED 槡= 75 6.又BE = CD 槡= 75 2. 在Rt△OEB中,OB = OE2 + BE槡 2 槡= 150 2, sin∠BOE = BEOB = 1 2 , ∴ |→OB 槡| = 150 2,∠BOE = 30°. 故没有风时飞机的航速为 槡150 2 km / h,航向为西偏北30°. 对点训练3:依据物理知识,有三对相对速度,汽车对地的 速度为v车地、风对车的速度为v风车、风对地的速度为v风地,风对地 的速度可以看成车对地与风对车的速度的合速度,即v风地= v风车 + v车地. 如图,根据向量加法的平行四边形 法则可知,表示向量v风地的有向线段→AD 是平行四边形ABDC的对角线. ∵ |→AC | = 4米/秒,∠ACD = 30°, |→AD | = 2米/秒, ∴ ∠ADC = 90°. 在Rt△ADC中,|→DC | = |→AC 槡| cos 30° = 2 3(米/秒), 即风的实际方向是吹向正南方向,汽车速度的大小为槡2 3 米/秒. 课堂检测  固双基 1. D  由→AB +→CD = 0,得→AB = -→CD =→DC,∴四边形ABCD为平行 四边形.又→AC·→BD = 0知,对角线互相垂直,故四边形为菱形, 故选D. 2. D  在△ABC中,→AB·→BC +→AB2 =→AB·(→AB +→BC)=→AB·→AC = 0,∴ →AB⊥→AC,∴ ∠A = π2 ,则△ABC为直角三角形,故选D. 3. D  设B(x1,y1),C(x2,y2), 由条件可知 6 + x2 2 = 7, 6 + y2 2 = 4 { , 即x2 = 8, y2 = 2{ ,∴ C(8,2), 6 + 8 + x1 3 = 16 3 , 6 + 2 + y1 3 = 8 3 { ,即x1 = 2,y1 = 0{ ,∴ B(2,0), ∴ |BC | = (8 - 2)2 +(2 - 0)槡 2 槡 槡= 36 + 4 = 2 10. 4.(- 5,1)  由题设F1 + F2 + F3 = 0,得(3,4)+(2,- 5)+(x, y)=(0,0), 即3 + 2 + x = 0, 4 - 5 + y = 0{ ,∴ x = - 5,y = 1{ , ∴ F3 =(- 5,1)                                                                      . —813— 5.【证明】  如图,建立平面直角坐标系,设正方形的边长为2, 则A(0,0),D(0,2),E(1,0),F(2,1),→AF =(2,1),→DE =(1, - 2). 因为→AF·→DE =(2,1)·(1,- 2)= 2 - 2 = 0,所以→AF⊥→DE,即 AF⊥DE. 章末梳理 考点整合  提技能 例1:(1)C  (2)B  (1)因为→CD = 4 →DB = →r AB + →s AC, 所以→CD = 45 →CB = 45 ( →AB -→AC)= →r AB + →s AC, 所以r = 45 ,s = - 4 5 ,所以3r + s = 12 5 - 4 5 = 8 5 . (2)因为→AC = λ →AM + μ →BD = λ(→AB + →BM)+ μ(→BA +→AD) = λ →AB + 12 →( )AD + μ(-→AB +→AD) =(λ - μ)→AB + λ2 +( )μ →AD, 且→AC =→AB +→AD,所以 λ - μ = 1, 1 2 λ + μ = 1{ ,得 λ = 43 , μ = 13 { , 所以λ + μ = 53 ,故选B. 例2:(1)由| ka + b 槡| = 3 | a - kb |, 得(ka + b)2 = 3(a - kb)2, ∴ k2a2 + 2ka·b + b2 = 3a2 - 6ka·b + 3k2b2 . ∴ (k2 - 3)a2 + 8ka·b +(1 - 3k2)b2 = 0. ∵ | a | = cos2α + sin2槡 α = 1,| b | = cos2β + sin2槡 β = 1, ∴ k2 - 3 + 8ka·b + 1 - 3k2 = 0, ∴ a·b = 2k 2 + 2 8k = k2 + 1 4k (k > 0). (2)a·b = k 2 + 1 4k = 1 4 k + 1( )k . 由对勾函数的单调性可知,f(k)= 14 k + 1( )k 在(0,1]上单 调递减,在[1,+ ∞)上单调递增, ∴当k = 1时,f(k)min = f(1)= 14 ×(1 + 1)= 1 2 , 此时a与b的夹角θ的余弦值cos θ = a·b| a | | b | = 1 2 , 又∵ 0°≤θ≤180°,∴ θ = 60°. 例3:(1)A  (2)16   13 2   (1)由题意,得 ∠AOC = 90°,故以O为坐标原点,OC,OA所在 直线分别为x轴,y轴建立平面直角坐标系, 则O (0,0),A (0,槡3),C (槡3,0), B(槡3cos 30°,槡- 3sin 30°), 因为→OC = λ→OA + μ →OB, 所以(槡3,0)= λ(0,槡3)+ μ 槡3 ×槡32 ,槡- 3 ×( )12 , 即 槡3 = μ 槡× 3 ×槡32 , 槡0 = 3λ 槡- 3 × 12 μ{ ,则 μ = 槡2 33 , λ =槡33{ ,所以λ + μ 槡= 3. (2)∵ →AD = λ→BC,∴ AD∥BC,∴ ∠BAD = 180° -∠B = 120°, →AB·→AD = λ→BC·→AB = λ |→BC |·|→AB | cos 120° = λ × 6 × 3 × -( )12 = - 9λ = - 32 , 解得λ = 16 , 以点B为坐标原点,BC所在直线为x轴建立如下图所示的 平面直角坐标系xBy, ∵ BC = 6,∴ C(6,0), ∵ |AB | = 3,∠ABC = 60°,∴ A的坐标为A 3 2 ,槡 3 3( )2 , 又∵ →AD = 16 →BC,则D 5 2 ,槡 3 3( )2 ,设M(x,0),则N(x + 1,0) (其中0≤x≤5), →DM = x - 52 ,- 槡 3 3( )2 ,→DN = x - 32 ,- 槡3 3( )2 , →DM·→DN = x -( )52 x -( )32 + 槡3 3( )2 2 = x2 - 4x + 212 = (x - 2)2 + 132 , 所以,当x = 2时,→DM·→DN取得最小值132 . 例4:(1)因为∠B = π4 ,∠BAD = π 2 ,BD = 2, 所以AD 槡= 2,在△ADC中由正弦定理得, sin C = sin∠ADCAC ·AD = 1 2 , 又0 < C < π4 ,所以C = π 6 . (2)在△ABC中,由余弦定理得,4 = AB2 + BC2 槡- 2AB·BC ≥( 槡2 - 2)AB·BC. 所以AB·BC≤ 槡4 + 2 2, S△ABC = 1 2 AB·BCsin B≤( 槡2 + 2)×槡 2 2 槡= 2 + 1, 所以S△ACD = 14 S△ABC≤槡 2 + 1 4 . 当且仅当AB = BC 槡槡= 4 + 2 2时,取“=”. 所以△ACD面积的最大值为槡2 + 14                                                                      . —913— 4.如图,线段AB,CD分别表示甲、乙两楼,AB⊥BD, CD⊥BD,从甲楼顶部A处测得乙楼顶部C处的仰角 为α = 30°,测得乙楼底部D的俯角β = 60°,已知甲楼 高AB = 24米,则乙楼高CD =         米. 5.某地电信局信号转播塔建在一山坡上,如图所示,施 工人员欲在山坡上A,B两点处测量与地面垂直的塔 CD的高,由A,B两地测得塔顶C的仰角分别为60° 和45°,又知AB的长为40 m,斜坡与水平面成30°角, 求该转播塔的高度. 请同学们认真完成练案[26                        ] 6. 2  平面向量在几何、物理中的应用举例 !"#$%&'( 课标要求 核心素养 1.能运用向量的有关知识解决平面几何中的线段平行,垂直,相等等 问题. 2.能运用向量的有关知识解决物理中的有关力,速度,功等问题. 通过“平面向量的应用举例”的学 习,培养学生的数学建模,数学运算 等素养. )*+,%-.+ 知识点1  向量在平面几何中的应用     设a =(x1,y1),b =(x2,y2). (1)证明线线平行问题:常用向量平行的等价条件:a∥b(b≠0)a = λb x1y2 = x2y1  . (2)证明垂直问题:常用向量垂直的等价条件:a⊥ba·b = 0x1x2 + y1y2 = 0. (3)求夹角问题:cos θ =           = x1x2 + y1y2 x21 + y 2槡 1 x22 + y2槡 2 . (4)求线段长度问题:| a | = a槡2 =           . 知识点2  向量在物理学中的应用     (1)物理学中的许多量,如力,位移,速度,加速度都是向量. (2)物理学中的力,速度,加速度,位移的合成与分解就是向量的加减法. ")% /012%345                                                        ●678%Ên(¹¨»¼;<IJ 1.已知△ABC的三个顶点A(0,- 4),B(4,0),C(- 6,2),点D,E,F分别为边BC, CA,AB的中点. (1)求直线DE,EF,FD的方程; (2)求AB边上的高线CH所在的直线方程. [归纳提升] 〉 ABCD 1     在△ABC中,A(4,1),B(7,5),C(- 4,7),求角A的平分线所在的直线方程. 归纳提升: ¶F€"Ihi^+ `a , qœÃ¯&Õ X€" , ¡¶F€" Iôùú½¾,ü . ")&                                                        2.如图,若D是△ABC内的一点,且→AB2 - →AC2 = →DB2 - →DC2, 求证:AD⊥BC. [归纳提升] 〉 ABCD 2     △ABC所在平面上一点P满足→PA + →PC = m →AB(m > 0,m为 常数),若△ABP的面积为6,则△ABC的面积为 (    ) A. 6 B. 9 C. 12 D. 24 ●67E%Ên(¹¨©ª;<IJ 3.在风速为75(槡6 -槡2)km / h的西风中,飞机以150 km / h的航速向西北方向飞 行,求没有风时飞机的航速和航向. [归纳提升] 归纳提升: F€"hwÆ^+` a-I (1) ¤I ( ¤€"I ): nY³eŒ(¯-€ "º0¤?F¤ÔÕ R@€" , _`ab c0VR¤€"- ,ü . (2) ½¾I : ¤Á’[ -½¾¿ , F½¾Ô Հ"?_`abc 0€"-½¾,ü . 归纳提升: 1. F€"hien` aqœ…¤Á:àá â?_en`abc 0:à`a?îم (OenX-f"r :àX€"-Öër v¿ . 2. ßðtïßðtÈ ¨tg - “ X å ê h?·Í°\B€" -ï:I,ü?‘h '¦F€"‘å-w úÀ{žIôå§j žIô . 3. p:àX?€": "0-,üBéen XgLe»Óh-i j.+g-?4'B €"penX-’… ÂFª% . ")' 〉 ABCD 3     一辆汽车在平直公路上向西行驶,车上装着风速计和风向标,测得风向为东偏南30°,风速为4米/秒,这时气 象台报告实际风速为2米/秒.试求风的实际方向和汽车的速度大小. KLMN%OPQ 1.在四边形ABCD中,若→AB + →CD = 0,→AC·→BD = 0,则四 边形为 (    )                                A.平行四边形 B.矩形 C.等腰梯形 D.菱形 2.在△ABC中,若→AB·→BC + →AB2 = 0,则△ABC的形状是 (    ) A.∠C为钝角的三角形 B.∠B为直角的直角三角形 C.锐角三角形 D.∠A为直角的直角三角形 3.已知△ABC的重心是G,CA的中点为M,且A、M、G 三点的坐标分别是(6,6),(7,4),163 , 8( )3 ,则| BC | 为 (    ) A. 4 槡10 B.槡10 C.槡102 D. 2 槡10 4.已知三个力F1 =(3,4),F2 =(2,- 5),F3 =(x,y), 且F1 + F2 + F3 = 0,则F3 =         . 5.如图所示,在正方形ABCD中,E,F分别是AB,BC的 中点.求证:AF⊥DE. 请同学们认真完成练案[27                                ] ")(

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