内容正文:
第六章 平面向量初步
6.1 平面向量及其线性运算
6.1.4 数乘向量
(教师独具内容)
课程标准:通过实例分析,掌握平面向量数乘运算及运算规则,理解其几何意义.
教学重点:1.数乘向量的定义及其几何意义.2.数乘向量的运算律.
教学难点:数乘向量的应用.
核心素养:1.通过学习数乘向量的定义、几何意义及运算律培养数学抽象素养和直观想象素养.2.通过应用数乘向量解决问题培养逻辑推理素养和数学运算素养.
核心概念掌握
核心素养形成
随堂水平达标
目录
课后课时精练
核心概念掌握
知识点一 数乘向量的定义
一般地,给定一个实数λ与任意一个向量a,规定它们的乘积是一个向量,记作___,其中:
(1)当λ≠0且a≠0时,λa的模为______,而且λa的方向如下:
①当λ>0时,与a的方向_______;
②当λ<0时,与a的方向_______.
(2)当λ=0或a=0时,λa=___.
上述实数λ与向量a相乘的运算简称为数乘向量.
λa
|λ||a|
相同
相反
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沿着它的方向或反方向放大或缩小
(λμ)a
b=λa
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核心素养形成
题型一 数乘向量的定义
解析 当λ<0时,a与-λa的方向相同,故A不正确;当|λ|<1时,|-λa|=|λ||a|<|a|,故B不正确;由λ是非零实数,可得λ2>0,所以a与λ2a的方向相同,故C正确;|-λa|是实数,|λ|a是向量,不可能相等,故D不正确.故选C.
设a是非零向量,λ是非零实数,则下列结论正确的是( )
A.a与-λa的方向相反 B.|-λa|≥|a|
C.a与λ2a的方向相同 D.|-λa|=|λ|a
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【感悟提升】 对数乘向量定义的理解
λ是实数,a是向量,它们的积仍然是向量,λ的符号与λa的方向有关,|λ|的大小与λa的模有关.
核心素养形成
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【跟踪训练】
1.(1) 已知λ∈R,则下列命题正确的是( )
A.|λa|=λ|a| B.|λa|=|λ|a
C.|λa|=|λ||a| D.|λa|>0
解析:由数乘向量的模的意义可知|λa|=|λ||a|,故A,B错误,C正确;当λ=0或|a|=0时,|λa|=0,故D错误.故选C.
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题型二 数乘向量的运算
②③
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【感悟提升】
1.数乘向量的运算技巧
λa中的实数λ称为向量a的系数,数乘向量运算就是把数与向量的系数相乘,作为新向量的系数.
2.λ(μa)=(λμ)a的几何意义
以λ>0,μ>0为例,解释如下:将表示向量a的有向线段先伸长或缩短至原来的μ倍,再伸长或缩短至其λ倍,与直接将表示向量a的有向线段伸长或缩短至原来的λμ倍所得的结果相同.
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题型三 数乘向量的应用
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【跟踪训练】
3.(1)如果e是非零向量,且a=-2e,3b=e,那么a,b的关系是( )
A.相等 B.共线
C.不共线 D.不能确定
解析:∵a=-2e,3b=e且e为非零向量,∴a=-6b,∴a与b共线且方向相反.
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解析:因为a=2e,b=-6e,e为非零向量,所以b=-3a,所以a∥b,向量a,b方向相反,|b|=3|a|.故选ABD.
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4.已知向量a,b满足|a|=3,|b|=5,且a=λb,则实数λ=________.
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基础题(占比60%) 中档题(占比30%) 拔高题(占比10%)
题号 1 2 3 4 5 6 7 8
难度 ★ ★ ★ ★ ★★ ★ ★ ★
对点 数乘向量的定义 任一向量与单位向量的关系 利用数乘向量的定义求参数 利用数乘向量判断几何图形的形状 利用数乘向量判断点与线的关系 数乘向量的运算 数乘向量的定义及运算 利用数乘向量的定义求参数
题号 9 10 11 12 13 14 15 16
难度 ★ ★★ ★ ★★ ★★ ★★★ ★★ ★★
对点 数乘向量的几何意义 数乘向量在几何计算中的应用 数乘向量的几何意义 用已知向量表示其他向量 数乘向量的运算 数乘向量在几何计算中的应用 数乘向量在几何证明中的应用 数乘向量的几何意义;求向量的模
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解析:对于A,当λ=0时,λa=0,因为零向量的方向是任意的,故A错误;对于B,当a=0,b≠0时,此时a,b共线,但不能得到b=λa,故B错误;对于C,|b|=2|a|,a,b的方向不确定,故不能得到b=±2a,C错误;对于D,若b=±2a,则|b|=2|a|,故D正确.故选D.
一、单选题
1.下列说法中正确的是( )
A.λa与a的方向不是相同就是相反 B.若a,b共线,则b=λa
C.若|b|=2|a|,则b=±2a D.若b=±2a,则|b|=2|a|
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9.若|a|=5,b与a方向相反,且|b|=7,则a=________b.
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15.如图,在四边形ABCD中,E,F,G,H分别为BD,AB,AC,CD的中点.求证:四边形EFGH为平行四边形.
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R
知识点二 数乘向量的几何意义
数乘向量的几何意义是,把向量________________________________.
知识点三 数乘向量的运算律
λ(μa)=_________.
知识点四 向量平行与三点共线
(1)如果存在实数λ,使得_________,则b∥a.
(2)一般地,如果存在实数λ,使得_________,则eq \o(AB,\s\up14(→))与eq \o(AC,\s\up14(→))平行且有公共点A,从而A,B,C三点一定_________.
[拓展] 给定一个非零向量a,与a同方向的单位向量记作a0,则a=|a|a0且a0=eq \f(a,|a|).
eq \o(AB,\s\up14(→))=λeq \o(AC,\s\up14(→))
共线
1.(数乘向量的运算律)若a=eq \f(2,3)e,b=eq \f(1,3)e(e为非零向量),则a=________b.
2.(数乘向量的定义)若|a|=3,b与a方向相反,且|b|=6,则b=________a.
3.(数乘向量的应用)若点C在长度为3的线段AB上,且eq \o(AC,\s\up14(→))=eq \f(1,3)
eq \o(AB,\s\up14(→)),则|eq \o(BC,\s\up14(→))|=___.
(2)若a=-eq \f(1,2)b(b≠0),则( )
A.a与b方向相同,|a|=2|b|
B.a与b方向相同,|b|=2|a|
C.a与b方向相反,|a|=2|b|
D.a与b方向相反,|b|=2|a|
解析:∵a=-eq \f(1,2)b(b≠0),∴a与b方向相反,|b|=2|a|.故选D.
①-3×2a=-5a;②eq \f(1,2)a×3×(-2)=-3a;③-2eq \o(AB,\s\up14(→))=2eq \o(BA,\s\up14(→));④0×b=0.
解析 因为-3×2a=-6a,eq \f(1,2)a×3×(-2)=-3a,-2eq \o(AB,\s\up14(→))=2eq \o(BA,\s\up14(→)),0×b=0,所以①④错误,②③正确.
【跟踪训练】
2.化简下列各式:
(1)4×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(1,8)))a;(2)-2×eq \f(1,2)×(-3a).
解:(1)4×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(1,8)))a=-eq \f(1,2)a.
(2)-2×eq \f(1,2)×(-3a)=3a.
(AB,\s\up14(→))INCLUDEPICTURE"例3灰.TIF"
INCLUDEPICTURE "E:\\李梅\\课件\\541数学(必修第二册导学案(B版\\例3灰.TIF" \* MERGEFORMATINET
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INCLUDEPICTURE "E:\\齐蔵\\PPT\\541数学(必修第二册导学案(B版\\例3灰.TIF" \* MERGEFORMATINET
已知=e,eq \o(BC,\s\up14(→))=-3e,其中e为非零向量,判断A,B,C三点是否共线,如果共线,说出点A是线段BC的几等分点.
解 因为eq \o(BC,\s\up14(→))=-3e=-3eq \o(AB,\s\up14(→)),所以eq \o(AB,\s\up14(→))∥eq \o(BC,\s\up14(→)),且有公共点B,所以A,B,C三点共线,又因为BC=3AB,且向量eq \o(AB,\s\up14(→)),eq \o(BC,\s\up14(→))反向,如图,所以点A是线段BC的三等分点.
【感悟提升】数乘向量的应用
(1)如果存在实数λ,使得b=λa,则b∥a.
(2)如果存在实数λ,使得eq \o(AB,\s\up14(→))=λeq \o(AC,\s\up14(→)),则eq \o(AB,\s\up14(→))∥eq \o(AC,\s\up14(→)),且AB与AC有公共点A,所以A,B,C三点共线.
(2)设P是△ABC所在平面内的一点,且eq \o(CP,\s\up14(→))=2eq \o(PA,\s\up14(→)),则△PAB与△PBC的面积之比是( )
A.1∶3
B.1∶2
C.2∶3
D.3∶4
解析:作出图形如图所示.∵eq \o(CP,\s\up14(→))=2eq \o(PA,\s\up14(→)),∴△PAB与△PBC的底边长之比为|eq \o(PA,\s\up14(→))|∶|eq \o(CP,\s\up14(→))|=1∶2,又△PAB与△PBC的高相等,
∴△PAB与△PBC的面积之比为1∶2.
1.下列各式中不表示向量的是( )
A.0·a
B.a+3b
C.|3a|
D.eq \f(1,x-y)e(x,y∈R,且x≠y)
解析:因为0·a=0,所以0·a表示向量;由向量的加法和数乘向量的定义可知a+3b表示向量;|3a|表示向量3a的模,是一个数;eq \f(1,x-y)e(x,y∈R,且x≠y)表示向量.故选C.
2.6×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(1,3)a))( )
A.化简结果为2a
B.与向量a同向
C.与向量a反向
D.其长度为2
解析:6×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(1,3)a))=eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(6×\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(1,3)))))a=-2a,与向量a反向,其长度为2|a|.故选C.
3.(多选)已知向量a=2e,b=-6e,其中e为非零向量,则下列说法正确的是( )
A.a∥b
B.向量a,b方向相反
C.|a|=3|b|
D.b=-3a
解析:由a=λb,得|a|=|λb|=|λ||b|,因为|a|=3,|b|=5,则|λ|=eq \f(3,5),即λ=±eq \f(3,5).
±eq \f(3,5)
5.点C在线段AB上,且eq \f(AC,CB)=eq \f(3,2),则eq \o(AC,\s\up14(→))=____eq \o(AB,\s\up14(→)),eq \o(BC,\s\up14(→))=_____eq \o(AB,\s\up14(→)).
eq \f(3,5)
-eq \f(2,5)
解析:如图,∵eq \f(AC,CB)=eq \f(3,2),∴eq \o(AC,\s\up14(→))=eq \f(3,5)
eq \o(AB,\s\up14(→)),eq \o(BC,\s\up14(→))=-eq \f(2,5)
eq \o(AB,\s\up14(→)).
2.设a是任一向量,e是单位向量,且a∥e,则下列表达式中正确的是( )
A.e=eq \f(a,|a|)
B.a=|a|e
C.a=-|a|e
D.a=±|a|e
解析:当a=0时,eq \f(a,|a|)没有意义,A错误;当a=0时,B,C,D都正确;当a≠0时,由a∥e可知,a与e同向或反向,且|a|=|a||e|,故B,C不全面.故选D.
3.点C在线段AB上,且|eq \o(AC,\s\up14(→))|=eq \f(2,3)|eq \o(CB,\s\up14(→))|,若eq \o(AB,\s\up14(→))=λeq \o(BC,\s\up14(→)),则λ=( )
A.eq \f(2,3)
B.-eq \f(2,3)
C.eq \f(5,3)
D.-eq \f(5,3)
解析:因为点C在线段AB上,且|eq \o(AC,\s\up14(→))|=eq \f(2,3)|eq \o(CB,\s\up14(→))|,所以A,B,C的位置关系如图所示.由图及题意知eq \o(AB,\s\up14(→))=-eq \f(5,3)
eq \o(BC,\s\up14(→)),所以λ=-eq \f(5,3).
4.若eq \o(AB,\s\up14(→))=3e,eq \o(CD,\s\up14(→))=-5e,且|eq \o(AD,\s\up14(→))|=|eq \o(BC,\s\up14(→))|,则四边形ABCD是( )
A.平行四边形
B.菱形
C.等腰梯形
D.不等腰的梯形
解析:因为eq \o(AB,\s\up14(→))=-eq \f(3,5)
eq \o(CD,\s\up14(→)),所以AB∥CD,|eq \o(AB,\s\up14(→))|≠|eq \o(CD,\s\up14(→))|,又|eq \o(AD,\s\up14(→))|=|eq \o(BC,\s\up14(→))|,所以四边形ABCD是等腰梯形.
5.已知O,A,B三点不共线,P为O,A,B三点确定的平面内一点,且eq \o(OP,\s\up14(→))=eq \o(OA,\s\up14(→))+eq \f(1,|\o(AB,\s\up14(→))|)
eq \o(AB,\s\up14(→)),则( )
A.点P在线段AB上
B.点P在线段AB的延长线上
C.点P在线段AB的反向延长线上
D.点P在射线AB上
解析:由eq \o(OP,\s\up14(→))=eq \o(OA,\s\up14(→))+eq \f(1,|\a\vs4\al(\o(AB,\s\up14(→)))|)
eq \o(AB,\s\up14(→)),得eq \o(OP,\s\up14(→))-eq \o(OA,\s\up14(→))=eq \f(1,|\a\vs4\al(\o(AB,\s\up14(→)))|)
eq \o(AB,\s\up14(→)),∴eq \o(AP,\s\up14(→))=eq \f(1,|\a\vs4\al(\o(AB,\s\up14(→)))|)
eq \o(AB,\s\up14(→)),∴点P在射线AB上.故选D.
二、多选题
6.若eq \o(P1P,\s\up14(→))=4eq \o(P2P,\s\up14(→)),则下列各式中正确的是( )
A.eq \o(P1P2,\s\up14(→))=3eq \o(PP2,\s\up14(→))
B.eq \o(P1P2,\s\up14(→))=3eq \o(P2P,\s\up14(→))
C.eq \o(P2P,\s\up14(→))=eq \f(1,3)
eq \o(P1P2,\s\up14(→))
D.eq \o(P1P2,\s\up14(→))=eq \f(3,4)
eq \o(P1P,\s\up14(→))
解析:∵eq \o(P1P,\s\up14(→))=4eq \o(P2P,\s\up14(→)),∴P2为线段P1P上靠近点P的四等分点,∴eq \o(P1P2,\s\up14(→))=-3eq \o(PP2,\s\up14(→)),eq \o(P1P2,\s\up14(→))=3eq \o(P2P,\s\up14(→)),eq \o(P2P,\s\up14(→))=eq \f(1,3)
eq \o(P1P2,\s\up14(→)),eq \o(P1P2,\s\up14(→))=eq \f(3,4)
eq \o(P1P,\s\up14(→)).故选BCD.
7.已知AD,BE,CF为△ABC的三条中线,G是它们的交点,则下列等式正确的是( )
A.eq \o(BG,\s\up14(→))=eq \f(2,3)
eq \o(BE,\s\up14(→))
B.eq \o(DG,\s\up14(→))=eq \f(1,2)
eq \o(AG,\s\up14(→))
C.eq \o(CG,\s\up14(→))=-2eq \o(FG,\s\up14(→))
D.eq \f(1,3)
eq \o(DA,\s\up14(→))+eq \f(2,3)
eq \o(FC,\s\up14(→))=eq \f(1,2)
eq \o(BC,\s\up14(→))
解析:由题意,知G是△ABC的重心,则AG=2GD,BG=2GE,CG=2GF,故eq \o(BG,\s\up14(→))=eq \f(2,3)
eq \o(BE,\s\up14(→)),eq \o(DG,\s\up14(→))=-eq \f(1,2)
eq \o(AG,\s\up14(→)),eq \o(CG,\s\up14(→))=-2eq \o(FG,\s\up14(→)),eq \f(1,3)
eq \o(DA,\s\up14(→))+eq \f(2,3)
eq \o(FC,\s\up14(→))=eq \o(DG,\s\up14(→))+eq \o(GC,\s\up14(→))=eq \o(DC,\s\up14(→))=eq \f(1,2)
eq \o(BC,\s\up14(→)).故选ACD.
三、填空题
8.若C是线段AB的中点,eq \o(AB,\s\up14(→))=λeq \o(AC,\s\up14(→)),则λ=________.
解析:因为C是线段AB的中点,所以eq \o(AC,\s\up14(→))=eq \o(CB,\s\up14(→)),所以eq \o(AB,\s\up14(→))=2eq \o(AC,\s\up14(→)),即λ=2.
解析:∵b与a方向相反,∴设a=λb(λ<0),∴|a|=|λ||b|,∴5=|λ|×7,∴λ=±eq \f(5,7).又λ<0,∴λ=-eq \f(5,7).
-eq \f(5,7)
10.已知M是△ABC所在平面内的一点,若满足4eq \o(AM,\s\up14(→))-eq \o(AB,\s\up14(→))-eq \o(AC,\s\up14(→))=0,则eq \f(S△ABM,S△ABC)=________.
解析:设eq \o(AN,\s\up14(→))=2eq \o(AM,\s\up14(→)),则由题意可得eq \o(AN,\s\up14(→))-eq \o(AB,\s\up14(→))+eq \o(AN,\s\up14(→))-eq \o(AC,\s\up14(→))=0,∴eq \o(BN,\s\up14(→))=eq \o(NC,\s\up14(→)),
∴S△ABC=2S△ABN.又S△ABM=eq \f(1,2)S△ABN,∴S△ABC=4S△ABM,∴eq \f(S△ABM,S△ABC)=eq \f(1,4).
eq \f(1,4)
四、解答题
11.已知点C在线段AB的延长线上,且AB∶AC=2∶3.
(1)用eq \o(BC,\s\up14(→))表示eq \o(AB,\s\up14(→));
(2)用eq \o(CB,\s\up14(→))表示eq \o(AC,\s\up14(→)).
解:如图1,因为点C在线段AB的延长线上,
且AB∶AC=2∶3,所以AB=2BC,AC=3BC.
(1)如图2,向量eq \o(AB,\s\up14(→))与eq \o(BC,\s\up14(→))方向相同,所以eq \o(AB,\s\up14(→))=2eq \o(BC,\s\up14(→)).
(2)如图3,向量eq \o(AC,\s\up14(→))与eq \o(CB,\s\up14(→))方向相反,所以eq \o(AC,\s\up14(→))=-3eq \o(CB,\s\up14(→)).
12.E,F分别为四边形ABCD的对角线AC,BD的中点,设eq \o(BC,\s\up14(→))=a,eq \o(DA,\s\up14(→))=b,试用a,b表示eq \o(EF,\s\up14(→)).
解:如图,取AB的中点P,连接EP,FP,
在△ABC中,因为EP是△ABC的中位线,
所以eq \o(EP,\s\up14(→))=-eq \f(1,2)
eq \o(BC,\s\up14(→))=-eq \f(1,2)a,
在△ABD中,因为FP是△ABD的中位线,
所以eq \o(PF,\s\up14(→))=eq \f(1,2)
eq \o(AD,\s\up14(→))=-eq \f(1,2)b,
在△EFP中,eq \o(EF,\s\up14(→))=eq \o(EP,\s\up14(→))+eq \o(PF,\s\up14(→))=-eq \f(1,2)a-eq \f(1,2)b.
13.(多选)已知O是△ABC的重心,则下列说法中正确的是( )
A.eq \o(OA,\s\up14(→))+eq \o(OB,\s\up14(→))+eq \o(OC,\s\up14(→))=0
B.eq \o(AO,\s\up14(→))=eq \f(1,3)(eq \o(AB,\s\up14(→))+eq \o(AC,\s\up14(→)))
C.eq \o(AO,\s\up14(→))=eq \f(1,2)(eq \o(AB,\s\up14(→))+eq \o(AC,\s\up14(→)))
D.eq \o(OB,\s\up14(→))+eq \o(OC,\s\up14(→))=eq \f(1,6)(eq \o(AB,\s\up14(→))+eq \o(AC,\s\up14(→)))
解析:记D为BC的中点,则O为AD靠近点D的三等分点.
因为eq \o(OB,\s\up14(→))+eq \o(OC,\s\up14(→))=2eq \o(OD,\s\up14(→)),eq \o(OA,\s\up14(→))=-2eq \o(OD,\s\up14(→)),所以eq \o(OA,\s\up14(→))+eq \o(OB,\s\up14(→))+eq \o(OC,\s\up14(→))=0,故A
正确;又eq \o(AB,\s\up14(→))+eq \o(AC,\s\up14(→))=2eq \o(AD,\s\up14(→)),eq \o(AO,\s\up14(→))=eq \f(2,3)eq \o(AD,\s\up14(→)),所以eq \o(AO,\s\up14(→))=eq \f(1,3)(eq \o(AB,\s\up14(→))+eq \o(AC,\s\up14(→))),故B正确,C错误;又eq \o(OB,\s\up14(→))+eq \o(OC,\s\up14(→))=2eq \o(OD,\s\up14(→)),eq \o(AB,\s\up14(→))+eq \o(AC,\s\up14(→))=2eq \o(AD,\s\up14(→))=6eq \o(OD,\s\up14(→)),所以eq \o(OB,\s\up14(→))+eq \o(OC,\s\up14(→))=eq \f(1,3)(eq \o(AB,\s\up14(→))+eq \o(AC,\s\up14(→))),故D错误.故选AB.
14.△ABC的外接圆的圆心为O,半径为1,若eq \o(AB,\s\up14(→))+eq \o(AC,\s\up14(→))=2eq \o(AO,\s\up14(→)),且|eq \o(AO,\s\up14(→))|=|eq \o(AC,\s\up14(→))|,则△ABC的面积为________.
解析:由于eq \o(AB,\s\up14(→))+eq \o(AC,\s\up14(→))=2eq \o(AO,\s\up14(→)),由向量加法的几何意义,得O为边BC的中点.∵△ABC外接圆的圆心为O,半径为1,∴△ABC是以BC边为斜边的直角三角形,∠BAC=90°,斜边BC=2,又|eq \o(AO,\s\up14(→))|=|eq \o(AC,\s\up14(→))|,∴AC=1,AB=eq \r(3),∴S△ABC=eq \f(1,2)AB×AC=eq \f(1,2)×eq \r(3)×1=eq \f(\r(3),2).
eq \f(\r(3),2)
证明:∵F,G分别为AB,AC的中点,∴eq \o(FG,\s\up14(→))=eq \f(1,2)eq \o(BC,\s\up14(→)).
同理,eq \o(EH,\s\up14(→))=eq \f(1,2)eq \o(BC,\s\up14(→)).∴eq \o(FG,\s\up14(→))=eq \o(EH,\s\up14(→)).
∴FG∥EH且FG=EH.
∴四边形EFGH为平行四边形.
16.如图,半圆的直径AB=6,C是半圆上的一点,D,E分别是AB,BC上的点,且AD=1,BE=4,DE=3.
(1)求证:eq \o(DE,\s\up14(→))=eq \f(5,6)eq \o(AC,\s\up14(→));
(2)求|eq \o(AC,\s\up14(→))|,|eq \o(CE,\s\up14(→))|.
解:(1)证明:因为AB=6,AD=1,BE=4,DE=3,
所以BD=5,DE2+BE2=BD2,∠BED=90°.
又∠ACB=90°,所以DE∥AC,
所以eq \f(DE,AC)=eq \f(BD,AB)=eq \f(5,6),故eq \o(DE,\s\up14(→))=eq \f(5,6)eq \o(AC,\s\up14(→)).
(2)由(1)知eq \o(AC,\s\up14(→))=eq \f(6,5)eq \o(DE,\s\up14(→)),
则|eq \o(AC,\s\up14(→))|=eq \f(6,5)|eq \o(DE,\s\up14(→))|=eq \f(6,5)×3=eq \f(18,5).
因为eq \f(CE,BE)=eq \f(AD,BD)=eq \f(1,5),所以eq \o(CE,\s\up14(→))=eq \f(1,5)eq \o(EB,\s\up14(→)),
则|eq \o(CE,\s\up14(→))|=eq \f(1,5)|eq \o(EB,\s\up14(→))|=eq \f(1,5)×4=eq \f(4,5).
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