内容正文:
6.2 平面向量的运算
6.2.1 向量的加法运算
第六章 平面向量及其应用
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第六章 平面向量及其应用
数学·必修第二册
课堂 互动学案
课后 素养提升
02
03
课前 预习学案
01
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课时作业
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第六章 平面向量及其应用
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课程标准
素养解读
1.理解并掌握向量加法的概念,了解加法的物理意义.
2.掌握向量加法的三角形法则和平行四边形法则,并能熟练运用这两个法则作两个向量的加法运算.
3.了解向量加法的交换律和结合律.
通过学习向量的加法,重点培养学生的数学抽象和逻辑推理、数学建模素养.
[情境引入]
在日常生活中,你是否有这样的经验:两个人共提一个重物,夹角越大越费力;在单杠上做引体向上运动,两臂的夹角越小越省力.
问题 1.你能从数学的角度解释这种现象吗?
2.物理学中的两个位移的和体现了向量的什么运算?
提示1.这涉及到向量的合成问题.即向量的加法.
2.体现了两个向量的加法运算.
[知识梳理]
[知识点一] 向量加法的定义及运算法则
1.求定义
求 两个向量和 的运算,叫作向量的加法.
2.运算法则
(1)三角形法则
已知非零向量a,b,在平面内任取一点A,
作eq \o(AB,\s\up13(→))=a,eq \o(BC,\s\up13(→))=b,再作向量eq \o(AC,\s\up13(→)),则向量 eq \o(AC,\s\up13(→))
叫作a与b的和(或和向量),记作 a+b ,
即a+b=eq \o(AB,\s\up13(→))+eq \o(BC,\s\up13(→))= eq \o(AC,\s\up13(→)) .
这种求向量和的方法,称为向量加法的三角形法则.
规定:零向量与任一向量a的和都有a+0= 0 + a =a.
(2)平行四边形法则
如图,以同一点O为起点的两个已知向量a,b为邻边作▱OACB,则以O为起点的 eq \o(OC,\s\up16(→)) 就是a与b的和,我们把这种作两个向量和的方法叫作向量加法的平行四边形法则.
1.两个向量相加就是两个向量的模相加吗?
提示:两个向量相加,和向量还是一个向量,通过三角形法则或平行四边形法则可得和向量,两个向量的模相加,其和是一个实数,不是一个向量.
[知识点二] 向量加法的运算律
(1)向量加法的交换律:将a的起点移至A点,将b的起点移至a的终点,则由a的起点A指向b的终点C的向量eq \o(AC,\s\up13(→))=a+b;同样将b的起点移至A点,将a的起点移至b的终点,则由b的起点A指向a的终点C′的向量eq \o(AC′,\s\up13(→))=b+a,由平行四边形法则知C必然和C′重合,即a+b=b+a.
(2)向量的加法满足交换律和结合律,因此在进行多个向量的加法运算时,就可以按照任意的次序和任意的组合去进行.如(a+b)+(c+d)=(a+d)+(b+c).
(3)向量加法运算满足:eq \o(A1A2,\s\up13(→))+eq \o(A2A3,\s\up13(→))+…+An-1An=eq \o(A1An,\s\up13(→)).
2.用运算律求得eq \o(AB,\s\up13(→))+eq \o(CA,\s\up13(→))+eq \o(BC,\s\up13(→))的结果是什么?
提示:eq \o(AB,\s\up13(→))+eq \o(CA,\s\up13(→))+eq \o(BC,\s\up13(→))=eq \o(AB,\s\up13(→))+eq \o(BC,\s\up13(→))+eq \o(CA,\s\up13(→))=eq \o(AC,\s\up13(→))+eq \o(CA,\s\up13(→))=0,故结果是0.
[知识点三] 向量a+b与非零向量a,b的模及方向的关系
(1)当向量a与b不共线时,a+b的方向与a,b都不相同,且|a+b|<|a|+|b|,几何背景是三角形两边之和大于第三边.
(2)当a与b同向时,a+b与a的方向相同,且|a+b|=|a|+|b|.
(3)当a与b反向时,若|a|≥|b|,则a+b与a的方向相同,且|a+b|=|a|-|b|.若|a|<|b|,则a+b与b的方向相同,且|a+b|=|b|-|a|.
[预习自测]
1.在△ABC中,eq \o(AB,\s\up13(→))+eq \o(BC,\s\up13(→))=( )
A.eq \o(BA,\s\up13(→))
B.eq \o(CB,\s\up13(→))
C.eq \o(AC,\s\up13(→))
D.eq \o(CA,\s\up13(→))
答案:C
2.在矩形ABCD中,eq \o(AC,\s\up13(→))=( )
A.eq \o(BC,\s\up13(→))+eq \o(BA,\s\up13(→))
B.eq \o(AD,\s\up13(→))+eq \o(CD,\s\up13(→))
C.eq \o(AB,\s\up13(→))+eq \o(DA,\s\up13(→))
D.eq \o(AD,\s\up13(→))+eq \o(DC,\s\up13(→))
答案:D
3.eq \o(AO,\s\up13(→))+eq \o(OB,\s\up13(→))+eq \o(OC,\s\up13(→))+eq \o(CA,\s\up13(→))+eq \o(BO,\s\up13(→))等于( )
A.eq \o(AB,\s\up13(→))
B.0
C.eq \o(BC,\s\up13(→))
D.eq \o(AC,\s\up13(→))
答案:B
4.在矩形ABCD中,若AB=3,BC=2,则|eq \o(AB,\s\up13(→))+eq \o(BC,\s\up13(→))|=________.
答案:eq \r(13)
5.如图所示,求:
(1)a+d;
(2)c+b;
(3)e+c+b;
(4)c+f+b
解:(1)a+d=d+a=eq \o(DO,\s\up13(→))+eq \o(OA,\s\up13(→))=eq \o(DA,\s\up13(→));
(2)c+b=eq \o(CO,\s\up13(→))+eq \o(OB,\s\up13(→))=eq \o(CB,\s\up13(→));
(3)e+c+b=e+(c+b)=e+eq \o(CB,\s\up13(→))=eq \o(DC,\s\up13(→))+eq \o(CB,\s\up13(→))=eq \o(DB,\s\up13(→));
(4)c+f+b=eq \o(CO,\s\up13(→))+eq \o(OB,\s\up13(→))+eq \o(BA,\s\up13(→))=eq \o(CA,\s\up13(→)).
向量加法法则的应用
[例1] (1)如图(1)所示,用向量加法的三角形法则作出a+b;
(2)如图(2)所示,用向量加法的平行四边形法则作出a+b.
[思路点拨] 借助向量加法的几何意义作图.
[解] (1)在平面内任取一点O,作eq \o(OA,\s\up13(→))=a,eq \o(AB,\s\up13(→))=b,再作向量eq \o(OB,\s\up13(→)),则eq \o(OB,\s\up13(→))=a+b.
(2)在平面内任取一点O,作eq \o(OA,\s\up13(→))=a,eq \o(OB,\s\up13(→))=b,再作平行eq \o(OB,\s\up13(→))的eq \o(AC,\s\up13(→))=b,连接BC,则四边形OACB为平行四边形,eq \o(OC,\s\up13(→))=a+b.
用三角形法则求和向量,关键是抓住“首尾相连”,和向量是第一个向量的起点指向第二个向量的终点,平行四边形法则注意“共起点”.且两种方法中,第一个向量的起点可任意选取,可在某一个向量上,也可在其它位置.两向量共线时,三角形法则仍适用,平行四边形法则不适用.
[变式训练]
1.已知向量a,b,c,如图所示.
求作a+b+c.
解:在平面内任取一点O,作eq \o(OA,\s\up13(→))=a,eq \o(AB,\s\up13(→))=b,eq \o(BC,\s\up13(→))=c,如图,则由向量加法的三角形法则,得eq \o(OB,\s\up13(→))=a+b,eq \o(OC,\s\up13(→))=a+b+c.
向量加法运算
[例2] 如图,O为正六边形ABCDEF的中点,化简下列向量:
(1)eq \o(OA,\s\up13(→))+eq \o(OC,\s\up13(→));
(2)eq \o(BC,\s\up13(→))+eq \o(FE,\s\up13(→));
(3)eq \o(OA,\s\up13(→))+eq \o(FE,\s\up13(→)).
[思路点拨] 解答本题充分利用正六边形的有关性质,利用向量加法法则运算作出相应向量.
[解] (1)由图知,OABC为平行四边形,∴eq \o(OA,\s\up13(→))+eq \o(OC,\s\up13(→))=eq \o(OB,\s\up13(→)).
(2)由题图知eq \o(BC,\s\up13(→))=eq \o(FE,\s\up13(→))=eq \o(OD,\s\up13(→))=eq \o(AO,\s\up13(→)),
∴eq \o(BC,\s\up13(→))+eq \o(FE,\s\up13(→))=eq \o(AO,\s\up13(→))+eq \o(OD,\s\up13(→))=eq \o(AD,\s\up13(→)).
(3)∵eq \o(OD,\s\up13(→))=eq \o(FE,\s\up13(→)),
∴eq \o(OA,\s\up13(→))+eq \o(FE,\s\up13(→))=eq \o(OA,\s\up13(→))+eq \o(OD,\s\up13(→)).
又eq \o(OA,\s\up13(→))=eq \o(DO,\s\up13(→)),∴eq \o(OA,\s\up13(→))+eq \o(FE,\s\up13(→))=eq \o(DO,\s\up13(→))+eq \o(OD,\s\up13(→))=0.
应用三角形法则和平行四边形法则求和向量时,要注意它们的使用条件,三角形法则适用于任何两个非零向量,且要首尾相接,平行四边形法则适用于不共线的两个向量,且要有同一起点.当两个向量不是首尾相接或同一起点时,可通过相等向量进行转化.
[变式训练]
2.化简或计算:
(1)eq \o(CD,\s\up13(→))+eq \o(BC,\s\up13(→))+eq \o(AB,\s\up13(→));
(2)eq \o(AB,\s\up13(→))+eq \o(DF,\s\up13(→))+eq \o(CD,\s\up13(→))+eq \o(BC,\s\up13(→))+eq \o(FA,\s\up13(→)).
解:(1)eq \o(CD,\s\up13(→))+eq \o(BC,\s\up13(→))+eq \o(AB,\s\up13(→))=(eq \o(AB,\s\up13(→))+eq \o(BC,\s\up13(→)))+eq \o(CD,\s\up13(→))
=eq \o(AC,\s\up13(→))+eq \o(CD,\s\up13(→))=eq \o(AD,\s\up13(→)).
(2)eq \o(AB,\s\up13(→))+eq \o(DF,\s\up13(→))+eq \o(CD,\s\up13(→))+eq \o(BC,\s\up13(→))+eq \o(FA,\s\up13(→))=(eq \o(AB,\s\up13(→))+eq \o(BC,\s\up13(→)))+(eq \o(CD,\s\up13(→))+eq \o(DF,\s\up13(→)))+eq \o(FA,\s\up13(→))=eq \o(AC,\s\up13(→))+eq \o(CF,\s\up13(→))+eq \o(FA,\s\up13(→))=eq \o(AF,\s\up13(→))+eq \o(FA,\s\up13(→))=0.
用向量加法证明几何问题
[例3] 如图所示,在平行四边形ABCD的对角线BD的延长线及反向延长线上取点E,F,使BE=DF.
求证:四边形AECF是平行四边形.
[思路点拨] 证明eq \o(FA,\s\up13(→))=eq \o(CE,\s\up13(→))或eq \o(FC,\s\up13(→))=eq \o(AE,\s\up13(→))即可.
证明:∵四边形ABCD是平行四边形,
∴DA綊CB,∴eq \o(DA,\s\up13(→))=eq \o(CB,\s\up13(→)).
又∵DF=BE且DF与BE共线,∴eq \o(FD,\s\up13(→))=eq \o(BE,\s\up13(→)).
∴eq \o(FD,\s\up13(→))+eq \o(DA,\s\up13(→))=eq \o(BE,\s\up13(→))+eq \o(CB,\s\up13(→)).
即eq \o(FA,\s\up13(→))=eq \o(CE,\s\up13(→)).∴FA綊CE.∴四边形AECF是平行四边形.
用向量方法证明几何问题,首先要把几何问题中的边转化成相应的向量,通过向量的运算及其几何意义得到向量间的关系,然后再还原成几何问题.
[变式训练]
3.如图,在平行四边形ABCD中.对角线AC与BD交于O点,P为平面内任意一点.
求证:eq \o(PA,\s\up13(→))+eq \o(PB,\s\up13(→))+eq \o(PC,\s\up13(→))+eq \o(PD,\s\up13(→))=4eq \o(PO,\s\up13 (→)).
证明:∵eq \o(PA,\s\up13(→))+eq \o(PB,\s\up13(→))+eq \o(PC,\s\up13(→))+eq \o(PD,\s\up13(→))
=eq \o(PO,\s\up13(→))+eq \o(OA,\s\up13(→))+eq \o(PO,\s\up13(→))+eq \o(OB,\s\up13(→))+eq \o(PO,\s\up13(→))+eq \o(OC,\s\up13(→))+eq \o(PO,\s\up13(→))+eq \o(OD,\s\up13(→))
=4eq \o(PO,\s\up13(→))+(eq \o(OA,\s\up13(→))+eq \o(OB,\s\up13(→))+eq \o(OC,\s\up13(→))+eq \o(OD,\s\up13(→)))
=4eq \o(PO,\s\up13(→))+(eq \o(OA,\s\up13(→))+eq \o(OC,\s\up13(→)))+(eq \o(OB,\s\up13(→))+eq \o(OD,\s\up13(→)))
=4eq \o(PO,\s\up13(→))+0+0=4eq \o(PO,\s\up13(→)).
∴eq \o(PA,\s\up13(→))+eq \o(PB,\s\up13(→))+eq \o(PC,\s\up13(→))+eq \o(PD,\s\up13(→))=4eq \o(PO,\s\up13(→)).
$