内容正文:
正禾一本通
一轮总复习
多媒体课件
英语(人教版)
第六章
平面向量及其应用
6.2 平面向量的运算
6.2.4 向量的数量积
第1课时 向量的数量积(一)
一、
向量的夹角
二、
向量的数量积
三、
投影向量
四、
平面向量数量积的性质
课堂达标
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
[课下巩固训练(五)]
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
学习目标 1.通过物理中功等实例,理解平面向量数量积的概念及其物理意义,会计算平面向量的数量积. 2.通过几何直观了解平面向量投影的概念以及投影向量的意义,会求投影向量.
非零
∠AOB
问题1 在功的公式W=|F||s|cos θ中,θ是什么的夹角?
提示:θ是向量F与向量s的夹角.
【知识提炼】
条件
两个 向量a和b
产生过程
O是平面上的任意一点,作 eq \o(OA,\s\up6(→))=a, eq \o(OB,\s\up6(→))=b,则
=θ叫做向量a与b的夹角
反向
续表
范围
特殊情况
θ=0
a与b
θ= eq \f(π,2)
a与b ,记作a⊥b
θ=π
a与b
微提醒 (1)两向量的夹角与两直线的夹角的范围不同,向量夹角范围是[0,π],两直线夹角的范围是[0, eq \f(π,2)].
(2)两个向量只有起点重合时所对应的角才是向量的夹角.
[0,π]
同向
垂直
例1 已知|a|=|b|=2,且a与b的夹角为60°,则a+b与a的夹角是多少?a-b与a的夹角又是多少?
解:如图所示,作 eq \o(OA,\s\up6(→))=a, eq \o(OB,\s\up6(→))=b,且∠AOB=60°.
以 eq \o(OA,\s\up6(→)), eq \o(OB,\s\up6(→))为邻边作平行四边形OACB,则 eq \o(OC,\s\up6(→))=a+b, eq \o(BA,\s\up6(→))=a-b.
因为|a|=|b|=2,
所以平行四边形OACB是菱形,
又∠AOB=60°,
所以 eq \o(OC,\s\up6(→))与 eq \o(OA,\s\up6(→))的夹角为30°, eq \o(BA,\s\up6(→))与 eq \o(OA,\s\up6(→))的夹角为60°.
即a+b与a的夹角是30°,a-b与a的夹角是60°.
感悟升华 (1)求两个向量夹角的关键是利用平移的方法使两个向量起点重合,作两个向量的夹角,按照“一作二证三算”的步骤求出.
(2)特别地,a与b的夹角为θ,λ1a与λ2b(λ1,λ2是非零常数)的夹角为θ0,当λ1λ2<0时,θ0=180°-θ;当λ1λ2>0时,θ0=θ.
【即学即用】 1.在△ABC中,∠C=90°,BC= eq \f(1,2)AB,则 eq \o(AB,\s\up6(→))与 eq \o(BC,\s\up6(→))的夹角是( )
A.30° B.60°
C.120° D.150°
解析:如图,作向量 eq \o(AD,\s\up6(→))= eq \o(BC,\s\up6(→)),则∠BAD是 eq \o(AB,\s\up6(→))与 eq \o(BC,\s\up6(→))的夹角,在△ABC中,因为∠ACB=90°,BC= eq \f(1,2)AB,所以∠ABC=60°,所以∠BAD=120°.
答案:C
问题2 物体在力F的作用下产生位移时,力F所做的功是如何计算的?
提示:W=|F||s|cos θ(θ是F与s的夹角).
【知识提炼】
平面向量数量积的定义
定义
已知两个非零向量a与b,它们的夹角为θ,我们把数量 叫做向量a与b的数量积(或内积)
记法
记作a·b,即a·b=|a||b|cos θ
规定
零向量与任一向量的数量积为
|a||b|cos θ
0
例2 已知向量a与b的夹角为120°,且|a|=4,|b|=2,求:
(1)a·b;
(2)(a+b)·(a-2b).
解:(1)由已知得a·b=|a||b|cos θ=4×2×cos 120°=-4.
(2)(a+b)·(a-2b)=a2-a·b-2b2=16-(-4)-2×4=12.
感悟升华 定义法求平面向量的数量积
已知向量的模及其夹角,则直接利用公式a·b=|a||b|cos θ.运用此法计算数量积的关键是正确确定两个向量的夹角,条件是两向量的始点必须重合,否则,要通过平移使两向量符合以上条件.
【即学即用】 2.(1)已知正三角形ABC的边长为 eq \r(2), eq \o(AB,\s\up6(→))=c, eq \o(BC,\s\up6(→))=a, eq \o(CA,\s\up6(→))=b,则a·b+b·c+c·a=________.
解析:∵|a|=|b|=|c|= eq \r(2),且a与b,b与c,c与a的夹角均为120°,∴a·b+b·c+c·a= eq \r(2)× eq \r(2)×cos 120°×3=-3.
答案:-3
(2)在等腰直角三角形ABC中,AB=BC=4,则 eq \o(AB,\s\up6(→))· eq \o(BC,\s\up6(→))=________, eq \o(BC,\s\up6(→))· eq \o(CA,\s\up6(→))=________, eq \o(CA,\s\up6(→))· eq \o(AB,\s\up6(→))=________.
解析:由题意,得| eq \o(AB,\s\up6(→))|=4,| eq \o(BC,\s\up6(→))|=4,| eq \o(CA,\s\up6(→))|=4 eq \r(2),
所以 eq \o(AB,\s\up6(→))· eq \o(BC,\s\up6(→))=4×4×cos 90°=0, eq \o(BC,\s\up6(→))· eq \o(CA,\s\up6(→))=4×4 eq \r(2)×cos 135°=-16, eq \o(CA,\s\up6(→))· eq \o(AB,\s\up6(→))=4 eq \r(2)×4×cos 135°=-16.
答案:0 -16 -16
【情境导思】 在计力对小车所做的功的过程中,我们会先求力在小车运动方向上的分力为|F|cos θ.
问题3 由a·b=|a||b|cos θ,你会联想到什么?
提示:
【知识提炼】
1.投影向量的定义
如图,
设a,b是两个非零向量, eq \o(AB,\s\up6(→))=a, eq \o(CD,\s\up6(→))=b,过 eq \o(AB,\s\up6(→))的起点A和终点B,分别作 eq \o(CD,\s\up6(→))所在直线的垂线,垂足分别为A1,B1,得到 eq \o(A1B1,\s\up6(→)),我们称上述变换为向量a向向量b , eq \o(A1B1,\s\up6(→))叫做向量a在向量b上的 .
投影
投影向量
2.投影向量公式
设与b方向相同的单位向量为e,a与b的夹角为θ,则向量a在向量b上的投影向量是|a|cos θe.
小思考 向量a在向量b上的投影向量与向量b有什么关系?
提示:是平行向量.
例3 已知|a|=3,|b|=1,向量a与向量b的夹角为120°,求a在b上的投影向量.
解:∵|b|=1,∴b为单位向量.
∴a在b上的投影向量为|a|cos 120°·b=3×(- eq \f(1,2))b=- eq \f(3,2)b.
变式探究 本例改为求b在a上的投影向量.
解:∵|a|=3,∴ eq \f(a,|a|)= eq \f(1,3)a,
∴b在a上的投影向量为|b|cos 120° eq \f(a,|a|)=1×(- eq \f(1,2))× eq \f(1,3)a=- eq \f(1,6)a.
感悟升华 投影向量的求法
(1)向量a在向量b上的投影向量为|a|cos θ e(其中e为与b同向的单位向量),它是一个向量,且与b共线,其方向由向量a和b的夹角θ的余弦值决定.
(2)向量a在向量b上的投影向量为|a|cos θ eq \f(b,|b|).
【即学即用】 3.设非零向量a和b,它们的夹角为θ,a和b的单位向量分别为e1,e2.
(1)若|a|=5,θ=150°,求a在b方向上的投影向量;
(2)若a·b=9,|a|=6,求b在a方向上的投影向量.
解:(1)|a|·cos θe2=5×cos 150°e2=5×(- eq \f(\r(3),2))e2=- eq \f(5\r(3),2)e2,
∴a在b方向上的投影向量为- eq \f(5\r(3),2)e2.
(2) eq \f(a·b,|a|)= eq \f(9,6)= eq \f(3,2),∴b在a方向上的投影向量为 eq \f(3,2)e1.
【知识提炼】
设a,b是非零向量,它们的夹角是θ,e是与b方向相同的单位向量,则
(1)a·e=e·a= .
(2)a⊥b⇔ .
(3)当a与b同向时,a·b=|a||b|;当a与b反向时,a·b=-|a||b|.特别地,a·a=|a|2或|a|= eq \r(a·a).
(4)|a·b|≤|a||b|.
|a|cos θ
a·b=0
例4 已知|a|=4,|b|=3,(2a-3b)·(2a+b)=61.
(1)求a与b的夹角θ;
(2)求|a+b|.
解:(1)由(2a-3b)·(2a+b)=61,得4|a|2-4a·b-3|b|2=61.
将|a|=4,|b|=3代入上式,得a·b=-6,
所以cos θ= eq \f(a·b,|a|·|b|)= eq \f(-6,4×3)=- eq \f(1,2).
又0≤θ≤π,所以θ= eq \f(2π,3).
(2)因为|a+b|2=(a+b)2=a2+2a·b+b2=|a|2+2a·b+|b|2=13,
所以|a+b|= eq \r(13).
感悟升华 (1)利用向量的数量积求模是数量积的重要应用,a2=|a|2是计算的依据.
(2)根据平面图形求向量的模时,注意利用图形的性质对向量的数量积或者夹角等进行转化.
【即学即用】 4.(1)已知非零向量a,b满足|a|=2|b|,且(a-b)⊥b,则a与b的夹角为( )
A. eq \f(π,6) B. eq \f(π,3)
C. eq \f(2π,3) D. eq \f(5π,6)
解析:因为(a-b)⊥b,所以(a-b)·b=a·b-b2=0,所以a·b=b2,所以cos θ= eq \f(a·b,|a|·|b|)= eq \f(|b|2,2|b|2)= eq \f(1,2),所以a与b的夹角为 eq \f(π,3).
答案:B
(2)已知向量a,b满足|a|= eq \r(2),a与b的夹角为135°,|a+b|= eq \r(5),则|b|=________.
解析:∵|a+b|= eq \r(5),∴a2+2a·b+b2=5,∴|a|2+2|a|·|b|cos θ+|b|2=5,∴|b|2-2|b|-3=0,∴|b|=3或|b|=-1(舍去).
答案:3
1.已知|a|= eq \r(3),|b|=2 eq \r(3),a与b的夹角为120°,则a·b等于( )
A.3 B.-3
C.-3 eq \r(3) D.3 eq \r(3)
解析:a·b=|a||b|cos 120°= eq \r(3)×2 eq \r(3)×(- eq \f(1,2))=-3.
答案:B
2.已知|a|=1,|b|=2,a与b的夹角为 eq \f(π,3),则b在a方向上的投影向量为________.
解析:b在a方向上的投影向量为|b|cos eq \f(π,3)
eq \f(a,|a|)=2× eq \f(1,2)a=a.
答案:a
3.已知|a|=2,|b|=3,a·b=3 eq \r(3),则a与b的夹角为________.
答案: eq \f(π,6)
解析:设a与b的夹角为θ,则cos θ= eq \f(a·b,|a||b|)= eq \f(3\r(3),2×3)= eq \f(\r(3),2),所以θ= eq \f(π,6).
4.已知|a|=3,|b|=5,且a·b=12,则向量a在向量b的方向上的投影向量为________.
解析:∵a·b=|a||b|cos θ=12,又|b|=5,∴|a|cos θ= eq \f(12,5),即a在b方向上的投影为 eq \f(12,5)· eq \f(b,|b|)= eq \f(12,25)b.
答案: eq \f(12,25)b
【基础巩固】
1.若a·b<0,则a与b的夹角θ的取值范围是( )
A. eq \b\lc\[\rc\)(\a\vs4\al\co1(0,\f(π,2))) B. eq \b\lc\[\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2),π))
C. eq \b\lc\(\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(π,2),π)) D. eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2),π))
解析:∵a·b=|a||b|cos θ<0,∴cos θ<0.又θ∈[0,π],∴θ∈ eq \b\lc\(\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(π,2),π)).
答案:C
2.(多选)以下命题不正确的是( )
A.若a≠0,则对任一非零向量b都有a·b≠0
B.若a·b=0,则a与b中至少有一个为0
C.a与b是两个单位向量,则a2=b2
D.若△ABC是等边三角形,则 eq \o(AB,\s\up6(→)), eq \o(BC,\s\up6(→))的夹角为60°
解析: 题述命题中只有C正确.因为|a|=|b|=1,所以a2=|a|2=1,b2=|b|2=1,故a2=b2.当非零向量a,b垂直时,有a·b=0,显然A,B错误;根据两个向量夹角的概念, eq \o(AB,\s\up6(→)), eq \o(BC,\s\up6(→))的夹角应为120°.
答案:ABD
3.若向量a,b满足|a|=|b|=1,a与b的夹角为60°,则a·a+a·b等于( )
A. eq \f(1,2) B. eq \f(3,2)
C.1+ eq \f(\r(3),2) D.2
解析: a·a+a·b=|a|2+|a||b|cos 60°=1+ eq \f(1,2)= eq \f(3,2).
答案:B
4.已知a·b=-12 eq \r(2),|a|=4,a和b的夹角为135°,则|b|=( )
A.12 B.3
C.6 D.3 eq \r(3)
解析:a·b=|a||b|cos 135°=-12 eq \r(2),又|a|=4,解得|b|=6.
答案:C
5.(2024·天津南开高一检测)向量a的模为10,它与向量b的夹角为150°,则它在b方向上的投影向量的模为( )
A.5 B.-5 eq \r(3)
C.-5 D.5 eq \r(3)
解析:由题意得,所求投影向量为|a|cos 150°· eq \f(b,|b|),所以所求投影向量的模为|a||cos 150°|·| eq \f(b,|b|)|=10×|- eq \f(\r(3),2)|=5 eq \r(3).
答案:D
6.已知在▱ABCD中,∠DAB=60°,则 eq \o(AD,\s\up6(→))与 eq \o(CD,\s\up6(→))的夹角为________.
解析:如图, eq \o(AD,\s\up6(→))与 eq \o(CD,\s\up6(→))的夹角为∠ABC=120°.
答案:120°
7.已知向量a,b均为单位向量,a·b= eq \f(\r(2),2),则a与b的夹角为________.
解析:设a与b的夹角为θ,由题意知|a|=|b|=1,则cos θ= eq \f(a·b,|a||b|)= eq \f(\r(2),2),又∵0≤θ≤π,∴θ= eq \f(π,4).
答案: eq \f(π,4)
8.已知|a|=2,且a与b的夹角为60°,与b同向的单位向量为e,则向量a在向量b上的投影向量为_________.
解析:a在b上的投影向量为|a|cos 60°e=2× eq \f(1,2)e=e.
答案:e
9.已知|a|=5,|b|=4.
(1)若a与b的夹角为θ=120°,
①求a·b;
②求a在b上的投影向量.
(2)若a∥b,求a·b.
解:(1)①a·b=|a||b|cos θ=5×4×cos 120°=-10.
②a在b上的投影向量为|a|·cos θ eq \f(b,|b|)=5× eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(1,2)))× eq \f(b,4)=- eq \f(5,8)b.
(2)∵a∥b,∴a与b的夹角为θ=0°或180°.
当θ=0°时,a·b=|a||b|cos 0°=20.
当θ=180°时,a·b=|a||b|cos 180°=-20.
10.已知a,b是非零向量,t为实数,设u=a+tb.
(1)当|u|取最小值时,求实数t的值;
(2)当|u|取最小值时,向量b与u是否垂直?
解:(1)|u|2=|a+tb|2=(a+tb)·(a+tb)=|b|2t2+2(a·b)t+|a|2
=|b|2 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(t+\f(a·b,|b|2)))
eq \s\up12(2)+|a|2- eq \f((a·b)2,|b|2).
∵b是非零向量,∴|b|≠0,
∴当t=- eq \f(a·b,|b|2)时,|u|=|a+tb|的值最小.
(2)∵b·(a+tb)=a·b+t|b|2=a·b+ eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(a·b,|b|2)·|b|2))=a·b-a·b=0,
∴b⊥(a+tb),即b⊥u.
【综合运用】
11.如图,e1,e2为互相垂直的两个单位向量,则|a+b|=( )
A. 20 B. eq \r(10)
C. 2 eq \r(5) D. eq \r(15)
解析:由题意,知a=- eq \f(1,2)e1- eq \f(7,2)e2,b=- eq \f(3,2)e1- eq \f(1,2)e2,所以a+b=-2e1-4e2,所以|a+b|=== eq \r(20)=2 eq \r(5).
答案:C
12.定义:|a×b|=|a||b|sin θ,其中θ为向量a与b的夹角,若|a|=2,|b|=5,a·b=-6,则|a×b|等于( )
A.8 B.-8
C.8或-8 D.6
解析:cos θ= eq \f(a·b,|a||b|)= eq \f(-6,2×5)=- eq \f(3,5),∵θ∈[0,π],∴sin θ= eq \f(4,5),∴|a×b|=2×5× eq \f(4,5)=8.
答案:A
13.已知向量a,b的夹角为60°,|a|=2,|b|=1,则| a+2b |=________.
解析:方法一:|a+2b|2=|a|2+4a·b+4|b|2=4+4×2×1×cos 60°+4=12,所以|a+2b|= eq \r(12)=2 eq \r(3).
方法二:利用如下图形,可以判断出a+2b的模长是以2为边长,一夹角为60°的菱形的对角线的长度,则为2 eq \r(3).
答案:2 eq \r(3)
14.如图,在△OAB中,P为线段AB上一点,且 eq \o(OP,\s\up6(→))=x eq \o(OA,\s\up6(→))+y eq \o(OB,\s\up6(→)).
(1)若 eq \o(AP,\s\up6(→))= eq \o(PB,\s\up6(→)),求x,y的值;
(2)若 eq \o(AP,\s\up6(→))=3 eq \o(PB,\s\up6(→)),| eq \o(OA,\s\up6(→))|=4,| eq \o(OB,\s\up6(→))|=2,且 eq \o(OA,\s\up6(→))与 eq \o(OB,\s\up6(→))的夹角为60°,求 eq \o(OP,\s\up6(→))· eq \o(AB,\s\up6(→))的值.
解:(1)若 eq \o(AP,\s\up6(→))= eq \o(PB,\s\up6(→)),则 eq \o(OP,\s\up6(→))= eq \f(1,2)
eq \o(OA,\s\up6(→))+ eq \f(1,2)
eq \o(OB,\s\up6(→)),故x=y= eq \f(1,2).
(2)因为| eq \o(OA,\s\up6(→))|=4,| eq \o(OB,\s\up6(→))|=2,∠BOA=60°,
所以∠OBA=90°,所以| eq \o(AB,\s\up6(→))|=2 eq \r(3).
又因为 eq \o(AP,\s\up6(→))=3 eq \o(PB,\s\up6(→)),所以| eq \o(PB,\s\up6(→))|= eq \f(\r(3),2),
所以| eq \o(OP,\s\up6(→))|= eq \r(22+(\f(\r(3),2))2)= eq \f(\r(19),2),cos ∠OPB= eq \f(\r(57),19).
所以 eq \o(OP,\s\up6(→))与 eq \o(AB,\s\up6(→))的夹角θ的余弦值为- eq \f(\r(57),19),
所以 eq \o(OP,\s\up6(→))· eq \o(AB,\s\up6(→))=| eq \o(OP,\s\up6(→))|| eq \o(AB,\s\up6(→))|cos θ=-3.
【创新探索】
15.如图,在△ABC中,AD⊥AB, eq \o(BC,\s\up6(→))= eq \r(3) eq \o(BD,\s\up6(→)),| eq \o(AD,\s\up6(→))|=2,则 eq \o(AC,\s\up6(→))· eq \o(AD,\s\up6(→))=( )
A.2 eq \r(3) B.4 eq \r(3)
C.3 D. eq \r(3)
解析:根据向量的线性运算,结合平面向量数量积的定义可得 eq \o(AC,\s\up6(→))· eq \o(AD,\s\up6(→))=( eq \o(AB,\s\up6(→))+ eq \o(BC,\s\up6(→)))· eq \o(AD,\s\up6(→))= eq \o(AB,\s\up6(→))· eq \o(AD,\s\up6(→))+ eq \o(BC,\s\up6(→))· eq \o(AD,\s\up6(→)),由AD⊥AB,可知 eq \o(AB,\s\up6(→))· eq \o(AD,\s\up6(→))=0,又因为 eq \o(BC,\s\up6(→))= eq \r(3) eq \o(BD,\s\up6(→)),| eq \o(AD,\s\up6(→))|=2,所以 eq \o(AC,\s\up6(→))· eq \o(AD,\s\up6(→))= eq \o(BC,\s\up6(→))· eq \o(AD,\s\up6(→))= eq \r(3)| eq \o(BD,\s\up6(→))|·| eq \o(AD,\s\up6(→))|·cos ∠ADB= eq \r(3)×2×| eq \o(BD,\s\up6(→))|× eq \f(2,\b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(\o(BD,\s\up6(→)))))=4 eq \r(3).
答案:B
16.(2024·广东佛山高一检测)如图,正六边形ABCDEF边长为1,记 eq \o(AB,\s\up6(→))=a,从点A,B,C,D,E,F这六点中任取两点为b的起点和终点,则a·b的最大值为________.
解析:由于a·b=|a||b|cos θ,其中θ为a与b的夹角,要使a·b最大,而|a|是定值,只需|b|及cos θ最大即可,当cos θ最大时取cos θ=1,此时θ=0°,即a∥b且a与b同向,要使|b|最大又要使a∥b且a与b同向,则b= eq \o(FC,\s\up6(→)),此时a·b的最大值为(a·b)max=|a||b|cos θ=1×2×cos 0°=2.
答案:2
$$