8.1.1 向量数量积的概念-【优学精讲】2024-2025学年高中数学必修第三册教用课件(人教B版)

2026-01-23
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拾光树文化
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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 8.1.1 向量数量积的概念
类型 课件
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 PPTX
文件大小 2.35 MB
发布时间 2026-01-23
更新时间 2026-01-23
作者 拾光树文化
品牌系列 优学精讲·高中同步
审核时间 2026-01-23
下载链接 https://m.zxxk.com/soft/56089381.html
价格 4.00储值(1储值=1元)
来源 学科网

摘要:

该高中数学课件聚焦向量数量积概念,以物理“功”的实例导入,衔接向量夹角、数量积定义及投影向量等知识点,通过预习梳理、例题精研、练习巩固的支架设计,构建从实例到概念再到应用的完整认知脉络。 其亮点在于落实数学抽象、数学运算与逻辑推理核心素养,如从功抽象出数量积概念,通过投影数量计算培养运算能力,结合黄金矩形等实例强化逻辑推理。采用“情境-探究-应用”教学法,助学生深化理解,也为教师提供系统教学资源,提升教学效率。

内容正文:

8.1.1  向量数量积的概念 新课程标准解读 核心素养 1.通过物理中“功”等实例,理解平面向量数量积的 含义及其物理意义 数学抽象 2.体会平面向量的数量积与向量投影的关系 数学运算 3.会运用数量积表示两个向量的夹角,会运用数量积 判断两个平面向量的垂直关系 逻辑推理 目录 数学·必修第三册(B版) 目录 基础知识·重落实 01 典型例题·精研析 02 知能演练·扣课标 03 基础知识·重落实 01 课前预习 必备知识梳理 目录 目录   我们在物理课中学过,力与在力的方向上移动的距离的乘积 称为力对物体所做的功.如图所示,如果作用在小车上的力F的大 小为|F| N,小车在水平面上位移s的大小为|s| m,力的方向 与小车位移的方向所成夹角为θ,那么这个力所做的功为W=| F||s| cos θ. 目录 数学·必修第三册(B版) 【问题】 (1)显然,功W与力向量F及位移向量s有关,这三者之 间有什么关系? (2)给定任意两个向量a,b,能确定出一个类似的标量吗?如果 能,请指出确定的方法;如果不能,说明理由. 目录 数学·必修第三册(B版) 知识点一 两个向量的夹角 定 义 给定两个非零向量a,b,在平面内任选一点O,作 =a, =b,则称[0,π]内的 为向量a与向量b的夹 角,记作 ⁠ 范 围 ⁠ 特 例 <a,b>=0 a与b ⁠ <a,b>=π a与b ⁠ <a,b>= ⁠ a与b垂直,记作 ,规定 ⁠ ⁠与任意向量垂直 ∠AOB  <a,b>  0≤<a,b>≤π 同向  反向    a⊥b  零向 量  目录 数学·必修第三册(B版) 【想一想】  如果a,b是两个非零向量,那么<a,b>=<b,a>成立吗? 提示:成立. 目录 数学·必修第三册(B版) 如图,在△ABC中, , 的夹角与 , 的夹角的关系为 ⁠ ⁠. 解析:根据向量夹角定义可知向量 , 夹角为A,而向量 , 夹角为π-A,故二者互补. 互 补  目录 数学·必修第三册(B版) 知识点二 向量的数量积 1. 定义:当a与b都是非零向量时,称 ⁠ 为向量a与b的数量积(也称为内积),记作a·b,即a·b = ⁠. 2. 两个非零向量a,b的数量积的性质 不等式 |a·b| |a||b| 恒等式 a·a= = ,即|a| = ⁠ 向量垂直的充要条件 a⊥b⇔ ⁠ |a||b| cos <a,b >  |a||b| cos <a,b>  ≤  a2  |a|2    a·b=0  目录 数学·必修第三册(B版) 3. 投影向量及向量数量积的几何意义 (1)设非零向量 =a,过A,B分别作直线l的垂线,垂足分 别为A',B',则称向量 为向量a在直线l上的 ⁠ 或 ⁠; (2)如果a,b都是非零向量,则称 ⁠为 向量a在向量b上的投影的数量; (3)两个非零向量a,b的数量积a·b,等于a在向量b上 的 与b的模的乘积.这就是两个向量数量积 的几何意义. 投影向 量  投影  |a| cos <a,b>  投影的数量  目录 数学·必修第三册(B版) 【想一想】 1. 向量的数量积a·b与向量加法、减法和数乘的区别是什么? 提示:向量的数量积a·b是一个实数,不考虑方向;向量加法、 减法和数乘仍是向量,既有大小又有方向. 2. 根据向量数量积的定义,如何求两个非零向量a与b的夹角? 提示:先求 cos <a,b>= ,再根据余弦值求<a,b >. 目录 数学·必修第三册(B版) 3. 一个向量在一个非零向量上的投影,与这个非零向量共线吗?若共 线,它们的方向相同还是相反? 提示:一个向量在一个非零向量上的投影,一定与这个非零向量共 线,但它们既有可能方向相同,也有可能方向相反. 目录 数学·必修第三册(B版) 1. 判断正误.(正确的画“√”,错误的画“×”) (1)两向量的数量积是一个实数. ( √ ) (2)向量a在b上的投影仍为向量. ( √ ) (3)向量a在b方向上的投影的数量与向量b在a方向上的投影的 数量相等. ( × ) √ √ × 目录 数学·必修第三册(B版) 2. 已知平面向量|a|=2,|b|=3,<a,b>= ,则a·b= (  ) A. 2 B. 3 C. 6 D. 0 解析:  因为|a|=2,|b|=3,<a,b>= ,则a·b =|a||b| cos =2×3× =3. 目录 数学·必修第三册(B版) 3. 已知|a|=3,向量a与b的夹角为 ,则a在b上的投影的数量为 (  ) A. B. C. D. 解析:  向量a在b上的投影的数量为|a| cos θ=3× cos = .故选D. 目录 数学·必修第三册(B版) 4. 已知|m|=2,m·n=8,m与n的夹角为60°,则|n| = ⁠. 解析:∵m·n=|m||n| cos <m,n>,∴|n|= =8. 8  目录 数学·必修第三册(B版) 典型例题·精研析 02 课堂互动 关键能力提升 目录 目录   题型一 向量的数量积 【例1】 已知|a|=3,|b|=6,当①a∥b;②a⊥b;③a与 b的夹角是60°时,分别求a·b. 解:①当a∥b时,若a与b同向,则它们的夹角为0°, ∴a·b=|a||b| cos 0°=3×6×1=18. 若a与b反向,则它们的夹角为180°, ∴a·b=|a||b| cos 180°=3×6×(-1)=-18. ②当a⊥b时,它们的夹角为90°,∴a·b=0. ③当a与b的夹角是60°时, a·b=|a||b| cos 60°=3×6× =9. 目录 数学·必修第三册(B版) 通性通法   求向量的数量积时,若已知向量的模及其夹角,则可直接利用公 式a·b=|a||b| cos θ.运用此法计算数量积的关键是确定两 个向量的夹角,两向量的夹角可以直接确定的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. 目录 数学·必修第三册(B版) 【跟踪训练】  (多选)已知a,b,c是三个非零向量,下列选项正确的是 (  ) A. a·b=±|a|·|b|⇔a∥b B. a,b反向⇔a·b=-|a||b| C. a⊥b⇔|a+b|=|a-b| D. |a|=|b|⇔|a·c|=|b·c| 目录 数学·必修第三册(B版) 解析: 因为a,b,c为三个非零向量,若|a·b|=| a|·|b|·| cos θ|=|a|·|b|⇔| cos θ|=1⇔ cos θ =±1⇔θ=0或π⇔a∥b,故A正确.a,b反向⇔θ=π⇔ cos θ=- 1⇔a·b=-|a||b|,故B正确.a⊥b⇔a·b=0⇔|a+b|2 =|a-b|2⇔|a+b|=|a-b|,故C正确.若|a|=| b|,<a,c>与<b,c>不一定相等,故|a·c|=|b·c| 不成立,当|a·c|=|b·c|时,只能说明a,b在c上的投影相 等,但|a|=|b|不一定成立,故D错误. 目录 数学·必修第三册(B版) 题型二 投影向量与投影的数量 【例2】 (1)(多选)已知非零单位向量a和b,若a·b=- , 向量b在向量a上的投影向量为c,向量a在向量b上的投影向量为 d,则下列结论正确的是( ABD ) A. |c|=|d| B. a·b=a·c C. d= b D. c·d=- ABD 目录 数学·必修第三册(B版) 解析: ∵a和b为单位向量,∴|a|=|b|=1,又 a·b=|a||b| cos <a,b>=- ,∴ cos <a,b>= - ,∴向量b在向量a上的投影向量c=|b| cos <a,b> a=- a,向量a在向量b上的投影向量d=|a| cos <a,b >b=- b,∴|d|= = ,|c|= = ,A正确,C错误.a·c=- a2=- ,B正确.c·d=| c|·|d| cos <c,d>= × cos <a,b>= × =- ,D正确.故选A、B、D. 目录 数学·必修第三册(B版) (2)已知|a|=3,|b|=5,且a·b=-12,则a在b方向上投 影的数量为 ,b在a方向上投影的数量为  -4  . 解析: a·b=|a|·|b| cos <a,b>=-12,所 以向量a在向量b方向上投影的数量为|a|· cos <a,b>= = =- ;向量b在向量a方向上投影的数量为| b|· cos <a,b>= = =-4. -   -4 目录 数学·必修第三册(B版) 通性通法 投影向量与投影向量的求法 (1)向量a在b所在直线上的投影是一个向量,向量a在b所在直线 上的投影的数量是一个实数; (2)向量a在向量b上的投影向量为|a| cos θ .向量b在向 量a上的投影向量为|b| cos θ· ; (3)向量a在向量b上的投影的数量是|a| cos <a,b>,向量b 在向量a上的投影的数量是|b| cos <a,b>,二者不能混 为一谈. 目录 数学·必修第三册(B版) 【跟踪训练】  已知|a|=3,|b|=1,向量a与向量b的夹角为120°,求: (1)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× b=- b. 目录 数学·必修第三册(B版) (2)b在a上的投影向量. 解: ∵|a|=3,∴ = a, ∴b在a上的投影向量为|b| cos 120° =1· · a =- a. 目录 数学·必修第三册(B版) 题型三 向量数量积的综合应用 【例3】 已知a,b是两个非零向量: (1)若|a|=3,|b|=4,|a·b|=6,求a与b的夹角; 解: 因为a·b=|a||b| cos <a,b>, 所以|a·b|=||a||b| cos <a,b>|=|a|| b|| cos <a,b>|=6. 又|a|=3,|b|=4, 所以| cos <a,b>|= = = , 所以 cos <a,b>=± . 因为<a,b>∈[0,π],所以a与b的夹角为 或 . 目录 数学·必修第三册(B版) (2)若|a|=|b|=|a-b|,求a与a+b的夹角. 解: 如图,在平面内任取一点O,作 = a, =b,以 , 为邻边作▱OACB, 因为|a|=|b|,即| |=| |, 所以四边形OACB为菱形,OC平分∠AOB, 这时 =a+b, =a-b, 因为|a|=|b|=|a-b|, 即| |=| |=| |, 所以∠AOB= ,所以∠AOC= ,即a与a+b的夹角为 . 目录 数学·必修第三册(B版) 【母题探究】  (变条件、变设问)若将本例(2)条件“|a|=|b|=|a- b|”改为“|a+b|=|a-b|=2|a|”,求向量a+b与a- b的夹角. 解:如图在以a和b为邻边的平行四边形ABCD中, 因为|a+b|=|a-b|,所以四边形ABCD为 矩形. 在Rt△ABD中,|a-b|=2|a|,所以∠ABD= . 所以a+b和a-b的夹角为 . 目录 数学·必修第三册(B版) 通性通法 求向量夹角的基本步骤及注意事项 (1)基本步骤: (2)注意事项:在个别含有|a|,|b|与a·b的等量关系式中 常利用消元思想计算 cos <a,b>的值. 目录 数学·必修第三册(B版) 【跟踪训练】 1. 已知向量a,b满足|a|=2,|b|=1,a·b= ,则向量 a,b的夹角为(  ) A. B. C. D. - 解析:  设向量a,b的夹角为θ,则θ∈[0,π],因为|a|= 2,|b|=1,a·b= ,所以 cos θ= = = ,所以向量a,b的夹角θ= . 目录 数学·必修第三册(B版) 2. 已知a·b=-12 ,|a|=4,a,b的夹角为135°,则|b| =(  ) A. 12 B. 3 C. 6 D. 3 解析:  a·b=|a||b| cos 135°=-12 ,又|a|= 4,所以|b|=6. 目录 数学·必修第三册(B版) 1. 已知向量|a|=1,|b|=2,a,b的夹角为θ,若tan θ= ,则a·b的值为(  ) A. 1 B. 2 C. 3 D. -1 解析: 因为向量|a|=1,|b|=2,<a,b>=θ,tan θ= ,θ∈[0,π],则θ= ,所以a·b=|a||b| cos <a,b>=1. 目录 数学·必修第三册(B版) 2. 已知平面向量|a|=1,|b|=2,则a2+b2=(  ) A. 2 B. 3 C. 5 D. -5 解析:  因为|a|=1,|b|=2,所以a2+b2=|a|2+| b|2=5. 目录 数学·必修第三册(B版) 3. 已知|a|=4,e为单位向量,当a,e的夹角为 时,a在e上的 投影的数量为(  ) A. 2 B. -2 C. 2 D. -2 解析:  a在e上的投影的数量为|a| cos <a,e>=|a| = =4×1× cos =-2,故选B. 目录 数学·必修第三册(B版) 4. 若四边形ABCD满足 + =0,且 · =0,试判断四边 形ABCD的形状. 解:因为 + =0, 所以 = ,即AB∥DC,且AB=DC, 所以四边形ABCD为平行四边形. 又因为 · =0,所以 ⊥ ,即AB⊥BC. 所以四边形ABCD为矩形. 目录 数学·必修第三册(B版) 知能演练·扣课标 03 课后巩固 核心素养落地 目录 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1. 若e1,e2是两个互相平行的单位向量,则下列判断正确的是 (  ) A. e1·e2=1 B. e1·e2=-1 C. e1·e2=±1 D. |e1·e2|<1 解析:  因为e1,e2是两个互相平行的单位向量,则当e1,e2方 向相同时,e1·e2=|e1||e2| cos 0°=1;当e1,e2方向相反 时,e1·e2=|e1||e2| cos 180°=-1.综上所述,e1·e2= ±1. 目录 数学·必修第三册(B版) 2. 在△ABC中, · <0,则△ABC是(  ) A. 锐角三角形 B. 直角三角形 C. 钝角三角形 D. 等边三角形 解析:  因为 · =| || | cos A<0,所以 cos A <0.所以角A是钝角.所以△ABC是钝角三角形. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 目录 数学·必修第三册(B版) 3. 已知向量b的模为1,且b在a方向上的投影的数量为 ,则a与b 的夹角为(  ) A. 30° B. 60° C. 120° D. 150° 解析:  由题意知|b| cos θ= cos θ= ,∵θ∈[0,π], ∴θ=30°.故选A. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 目录 数学·必修第三册(B版) 4. 已知向量a,b满足|a|=5,|b|=6,a·b=-6,则 cos < a,a+b>=(  ) A. - B. - C. D. 解析:  由题意,得a·(a+b)=a2+a·b=25-6=19,| a+b|= = =7,所以 cos <a, a+b>= = = ,故选D. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 目录 数学·必修第三册(B版) 5. (多选)给出下列判断,其中正确的是(  ) A. 若a2+b2=0,则a=b=0 B. 已知a,b,c是三个非零向量,若a+b=0,则|a·c|=| b·c| C. a,b共线⇔a·b=|a||b| D. |a||b|<a·b 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 目录 数学·必修第三册(B版) 解析:  由于a2≥0,b2≥0,所以若a2+b2=0,则a=b=0, 故A正确;若a+b=0,则a=-b,又a,b,c是三个非零向 量,所以a·c=-b·c,所以|a·c|=|b·c|,故B正 确;a,b共线⇔a·b=±|a||b|,所以C不正确;对于D应 有|a||b|≥a·b,所以D不正确.故选A、B. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 目录 数学·必修第三册(B版) 6. 在边长为4的菱形ABCD中∠BAD=120°,则 在 方向上的 投影的数量为(  ) A. 2 B. -2 C. -2 D. 2 解析: 由题意知向量 和 的夹角为120°,所以 在 方向上的投影的数量为| | cos 120°=4× =-2. 故选C. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 目录 数学·必修第三册(B版) 7. 已知长为4的向量a与单位向量e的夹角为 ,则向量a在向量e方 向上的投影向量为 ⁠. 解析:向量a在向量e方向上的投影向量为|a| cos ·e= 4× e=-2e. -2e  1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 目录 数学·必修第三册(B版) 8. 已知△ABC的外接圆圆心为O,AB=3,AC=5,则 · = ⁠. 解析:如图,取AC的中点D,AB的中点E,并连接 OD,OE,则OD⊥AC,OE⊥AB. ∴ · = , · = ,∴ · = ·( - )= · - · = - = ×52- ×32=8. 8  1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 目录 数学·必修第三册(B版) 9. 已知正方形ABCD的边长为1,E是边AB上的动点,则 · 的 值为 , · 的最大值为 ⁠. 解析:如图所示,根据平面向量的数量积的定义可 得 · = · =| || |· cos θ. 由图可知,| | cos θ=| |,因此 · =| |2=1. · =| || | cos α=| | cos α,而| | cos α就是向量 在 上的投影 的数量, 当 在 上的投影的数量最大,即投影的数量 为| |时, · 取得最大值,所以 · 的最大值为1. 1  1  1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 目录 数学·必修第三册(B版) 10. 已知a·b=-9,a在b方向上投影的数量为-3,b在a方向上投 影的数量为- ,求a与b的夹角θ. 解:∵∴ 即∴ ∴ cos θ= = =- . 又∵0°≤θ≤180°,∴θ=120°. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 目录 数学·必修第三册(B版) 11. 黄金比又称黄金律,是指事物各部分间一定的数学比例关系,即 将整体一分为二,较大部分与较小部分之比等于整体与较大部分 之比,其比值约为1∶0.618,0.618被公认为最具有审美意义的比 例数字.宽与长的比为 ≈0.618的矩形叫做黄金矩形,它广泛 地出现在艺术、建筑、人体和自然界中,在黄金矩形ABCD中, BC= -1,AB>BC,那么 · 的值为(  ) A. -1 B. +1 C. 4 D. 2 +2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 目录 数学·必修第三册(B版) 解析:  由黄金矩形的定义,可得AB=2.在矩形ABCD中, cos ∠CAB= ,则 · =| || | cos ∠CAB=| |2=4. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 目录 数学·必修第三册(B版) 12. 已知向量a,b满足|a|=2,|b|=4,且a·b=4 ,则a 与b的夹角为 .若向量c,d满足c为单位向量,c·d=4, <c,d>= ,则|d|= ⁠. 解析:设向量a与b的夹角为θ,则 cos θ= = = ,又因为θ∈[0,π],所以θ= .因为c为单位向量,所以| c|=1,由向量数量积公式得c·d=|c|·|d|· cos < c,d>,得4=1×|d|× cos ,所以|d|=8.   8  1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 目录 数学·必修第三册(B版) 13. 已知|a|=4,|b|=3,(2a-3b)·(2a+b)=61. (1)求a·b的值; 解: ∵(2a-3b)·(2a+b)=61, ∴4|a|2-4a·b-3|b|2=61,又|a|=4,|b| =3, ∴64-4a·b-27=61,则a·b=-6. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 目录 数学·必修第三册(B版) (2)若a在b方向上的投影向量为c,求c·(a+b)的值. 解: ∵c= × =- . ∴c·(a+b)=- b·(a+b)=- (a·b+b2) =- ×(-6+9)=-2. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 目录 数学·必修第三册(B版) 14. (多选)对于非零向量a,b,c,下列命题正确的是(  ) A. 若a·b=b·c,则a=b B. 若a⊥b,则a·b=(a·b)2 C. 若a∥b,则a在b上的投影的数量为|a| D. 若λ1a+λ2b=0(λ1,λ2∈R,且λ1·λ2≠0),则a∥b 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 目录 数学·必修第三册(B版) 解析:  对于选项A,若a·b=b·c,则(a-c)·b= 0,故A错误;对于选项B,若a⊥b,所以a·b=0,则a·b= (a·b)2,故B正确;对于选项C,若a∥b,则a在b上的投影 的数量为±|a|,故C错误;对于选项D,若λ1a+λ2b=0 (λ1,λ2∈R,且λ1·λ2≠0),推出a=- b,由平行向量 基本定理可知a∥b,故D正确.故选B、D. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 目录 数学·必修第三册(B版) 15. 如图,四边形ABCD为直角梯形,AB∥CD,AB⊥AD,且AB= 2DC=4,E为腰BC上的动点.求 · 的取值范围. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 目录 数学·必修第三册(B版) 解:如图,过E作EE'⊥AB,垂足为E',过C作 CC'⊥AB,垂足为C'. 则 在 上的投影为 , ∴ 在 上的投影的数量为| |, 由向量数量积的几何意义知 · = | |·| |=4| |. ∵点E在腰BC上运动, ∴点E'在线段C'B上运动, 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 目录 数学·必修第三册(B版) ∴| |≤| |≤| |, ∴2≤| |≤4, ∴8≤4| |≤16, ∴ · 的取值范围是[8,16]. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 目录 数学·必修第三册(B版) $

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