内容正文:
6.2.3 向量的数乘运算
导学案
1. 理解向量数乘运算的定义,明确其长度与方向的规定,能准确描述数乘向量的几何意义。
1. 熟练掌握向量数乘的三条运算律,能灵活运用运算律进行向量的线性运算(加、减、数乘混合运算)。
1. 深刻理解向量共线定理,能利用定理判断两个向量是否共线,解决三点共线、直线平行等实际问题。
1. 经历“实例探究—概念抽象—性质推导—应用拓展”的过程,提升数学抽象、逻辑推理和数学运算素养。
教学重点:
1. 向量数乘运算的定义及运算律。
2. 向量共线定理及其应用(判断向量共线、证明三点共线)。
教学难点:
1. 理解数乘向量的几何意义及“数乘结果为向量”的本质。
2. 向量共线定理的灵活运用(尤其是含参数问题的求解)。
3. 用线性运算解决复杂几何图形中的向量表示问题。
知识点一 向量的数乘
定义
实数λ与向量a的积是一个向量,记作λa
长度
|λa|=|λ||a|
方向
当λ>0时,λa的方向与a的方向相同
当λ<0时,λa的方向与a的方向相反
当λ=0时,λa=0
总结
向量的加、减、数乘运算统称为向量的线性运算
知识点二 向量数乘的运算律
运算律
设λ,μ为实数,那么
(1)λ(μa)=(λμ)a;
(2)(λ+μ)a=λa+μa;
(3)λ(a+b)=λa+λb
特别情况
(-λ)a=-(λa)=λ(-a);
λ(a-b)=λa-λb
推广形式
对于任意向量a,b,以及任意实数λ,μ1,μ2,恒有λ(μ1a±μ2b)=λμ1a±λμ2b
知识点三 向量共线定理
向量a(a≠0)与b共线的充要条件是:存在唯一一个实数λ,使b=λa.
[注意] (1)若a,b不共线,且存在实数λ,μ,使μa=λb(或μa+λb=0),则必有μ=λ=0.
(2)两向量共线的一般形式:若存在不全为0的一对实数λ,μ,使μa+λb=0,则a与b共线.
导入新知1:校园骑行的路线规划问题
情境描述
周末,小明计划从学校东门(A点)出发,骑行探索校园周边路线:
· 若他沿正东方向骑行,每次前进的路程对应向量a(长度为1km,方向正东),连续骑行4次后,最终的位移向量如何表示?这个向量的长度和方向与a有什么关系?
· 若他沿正西方向(与a反向)骑行,同样连续骑行4次,最终的位移向量又该如何表示?与原向量a的长度、方向有何关联?
· 若他先沿正东骑行2次,再沿正西骑行3次,总位移向量可以用a表示吗?
请同学们:
1. 用向量加法法则画出前两个问题的位移向量;
2. 尝试用简洁的符号表示这些重复叠加的位移向量;
3. 思考这种“向量与实数结合”的运算有什么规律。
设计意图
1. 贴近生活:骑行是学生熟悉的日常活动,位移问题直观易懂,能快速调动学生的参与感,避免抽象概念带来的距离感;
2. 衔接旧知:通过连续同向、反向的位移叠加,自然关联向量加法运算,让学生体会“数乘是加法的简化形式”,为抽象数乘定义铺垫;
3. 引发探究:第三个问题涉及正负数乘与向量加减的混合运算,既呼应了数乘运算律的核心内容,又埋下“线性运算”的伏笔,勾起学生对“如何简化这类混合运算”的求知欲;
4. 覆盖核心:情境中包含“正数乘(同向)、负数乘(反向)、数乘与加减混合”,暗合本节课数乘定义、方向规定、运算律三大核心知识点,能统领整节课内容。
导入新知2:超市购物的购物车推行问题
情境描述
超市购物车的推行可以用向量来描述:设购物车在水平地面上被匀速推行时,每次施加的推力对应向量f(长度为5N,方向为推行方向)。
· 若小明妈妈推车时,施加的推力大小是原来的2倍,方向不变,此时的推力向量如何表示?它与原向量f的长度、方向有什么关系?
· 若小明反向拉购物车(与推行方向相反),拉力大小与原推力大小相同,对应的向量怎么表示?与f的关系是什么?
· 若小明和妈妈一起同向推车,小明的推力是1.5f,妈妈的推力是2.5f,两人的合力向量可以用f表示吗?若小明向东推,妈妈向北推,合力又该如何计算?
请同学们:
1. 用画图的方式表示前两个问题的向量;
1. 猜想“实数与向量相乘”的长度和方向规律;
1. 思考第三个问题中“同向合力”与“反向合力” “不同向合力”的区别,体会运算的特殊性。
设计意图
1. 生活共鸣:超市购物是学生高频参与的生活场景,推力、拉力的向量模型贴近物理常识,能让学生感受到数学与实际生活、物理学科的关联;
1. 突破难点:通过“推力放大(正数乘)、反向拉力(负数乘)”的对比,直观呈现数乘向量的方向规定,帮助学生理解“λ的正负影响方向”,破解“数乘结果为向量”的认知难点;
1. 统领全篇:情境中“同向合力”对应数乘分配律,“不同向合力”呼应向量加法的平行四边形法则,既关联数乘运算律,又为后续线性运算、共线定理(同向/反向共线)埋下伏笔,让学生带着“如何统一这类向量运算”的疑问进入新课;
1. 激发兴趣:第三个问题中“不同方向推力的合力”与“同向合力”的运算差异,能引发学生对“向量运算与实数运算区别”的思考,强化“向量既有大小又有方向”的本质认知,同时激发对“复杂向量运算规律”的探究欲望。
问题1:向量加法的三角形法则和平行四边形法则各是什么?
问题2:向量减法的几何意义是什么?
【师生互动】师生共同回顾前面所学过的向量加法和减法的相关知识.
【设计意图】学习新知识前的简单复习,不仅能唤起学生的记忆,而且为学习新课做好了知识上的准备.
探究点1:向量数乘的定义
◆探究
已知非零向量,作出和.它们的长度和方向分别是怎样的?
如图6.2-14,.类比数的乘法,我们把记作,即.显然的方向与的方向相同,的长度是的长度的3倍,即|.
类似地,由图6.2-14可知,,我们把记作,即.显然的方向与的方向相反,的长度是的长度的3倍,即.
一般地,我们规定实数与向量的积是一个向量,这种运算叫做向量的数乘(multiplication of vector by scalar),记作,它的长度与方向规定如下:
(1);
(2)当时,的方向与的方向相同;当时,的方向与的方向相反.
由(1)可知,当时,.
由(1)(2)可知, .
一般地,我们规定实数λ与向量a的积是一个向量,这种运算叫做向量的数乘,记作λa,其长度与方向规定如下:
(1)|λa|=|λ||a|.
2λaa≠0的方向
特别地,当λ=0时,λa=0.
当λ=-1时,(-1)a=-a.
注意点:
(1)数乘向量仍是向量.
(2)实数λ与向量不能相加.
探究点2:向量数乘的运算律
你对零向量、相反向量有什么新的认识?
思考
如果把非零向量的长度伸长到原来的3.5倍,方向不变得到向量,向量该如何表示?向量,之间的关系怎样?
根据实数与向量的积的定义,可以验证下面的运算律是成立的.
设,为实数,那么
(1);
(2);
(3).
特别地,我们有
,
.
向量的加、减、数乘运算统称为向量的线性运算.向量线性运算的结果仍是向量.
对于任意向量,,以及任意实数,μ1,μ2,恒有
总结:数乘运算的运算律
设λ,μ为实数,那么
(1)λ(μa)=(λμ)a.
(2)(λ+μ)a=λa+μa.
(3)λ(a+b)=λa+λb.
特别地,(-λ)a=-(λa)=λ(-a),λ(a-b)=λa-λb.
例5 计算:
(1); (2);
(3).
解:(1)原式=;
(2)原式=;
(3)原式=.
【变式】已知是两个不共线的向量,,若与是共线向量,则实数 .
【答案】
【知识点】已知向量共线(平行)求参数
【分析】利用向量共线的充要条件建立方程组进行计算求解.
【详解】因为与是共线向量,所以存在实数,使得,
所以,即,
又因为是两个不共线的向量,所以,
解得
故答案为:.
探究点3:向量共线定理
向量a(a≠0)与b共线的充要条件是:存在唯一一个实数λ,使b=λa.
注意点:
(1)向量共线定理中规定a≠0.
(2)λ的值是唯一存在的.
探究点4:向量数乘的几何应用(三点共线、向量表示)
例6 如图6.2-15,□ABCD的两条对角线相交于点,且,,用,表示,,和.
解:在□ABCD中,
,.
由平行四边形的两条对角线互相平分,得
,
,
,.
【变式】在△ABC中,点D满足,点E满足,则=( )
A. B.
C. D.
【答案】C
【知识点】向量的线性运算的几何应用
【分析】由平面向量的线性运算法则求解.
【详解】如图1,
.
故选:C
用已知向量表示未知向量的求解思路
将待表示的向量通常放在三角形或平行四边形中,利用向量的加法、减法、数乘的几何意义向已知向量转化.
例7 如图6.2-16,已知任意两个非零向量,,试作,,.猜想,,三点之间的位置关系,并证明你的猜想.
分析:判断三点之间的位置关系,主要是看这三点是否共线,为此只要看其中一点是否在另两点所确定的直线上.在本题中,应用向量知识判断,,三点是否共线,可以通过判断向量,是否共线,即是否存在,使成立.
解:分别作向量,,,过点,作直线(图6.2-17).观察发现,不论向量,怎样变化,点始终在直线上,猜想,,三点共线.
事实上,因为
,
,
所以.
因此,,,三点共线.
【变式】已知,是两个不共线的向量.
(1)若,,,求证:A,B,D三点共线;
(2)若和共线,求实数的值.
【答案】(1)证明见解析;
(2)
【知识点】平面向量共线定理证明点共线问题、已知向量共线(平行)求参数
【分析】(1)求出,找到使成立的即可证明;
(2)通过平行,必存在实数使,列方程组求出实数的值.
【详解】(1),
又,
,,又,
A,B,D三点共线;
(2)向量和共线,
存在实数使,
又,是不共线,,
解得.
例8 已知,是两个不共线的向量,向量,共线,求实数的值.
解:由,不共线,易知向量为非零向量.由向量,共线,可知存在实数,使得,即.
由,不共线,必有.
否则,不妨设,则.
由两个向量共线的充要条件知,,共线,与已知矛盾.
由,解得.
因此,当向量,共线时,.
【变式】已知,是两个不共线的向量,向量,共线,则实数t的值为 .
【答案】2
【知识点】已知向量共线(平行)求参数
【分析】根据向量共线定理即可求解.
【详解】向量,共线,所以存在实数,使得,
由于,是两个不共线的向量,所以 且,所以,
故答案为:2
关于向量共线定理
(1)向量共线定理中规定向量a≠0,因为如果a=0,
当b=0时,0=λ0,λ可以是任意实数;
当b≠0时,b=λ0,λ值不存在.
(2)当向量a,b同向时,λ>0,当向量a,b反向时,λ<0.
1.(2026高三·全国·专题练习)( )
A. B.
C. D.
【答案】C
【知识点】平面向量的混合运算
【分析】根据向量的线性运算求得正确答案.
【详解】
.
故选:C
2.(25-26高一下·全国·课堂例题)等于( )
A. B. C. D.
【答案】D
【知识点】平面向量的混合运算
【分析】运用平面向量线性运算性质进行求解即可.
【详解】.
故选:D
3.(25-26高一下·全国·课堂例题)下列各式计算正确的有( )
①;
②;
③;
④.
A.1个 B.2个 C.3个 D.4个
【答案】C
【知识点】向量加法的运算律、平面向量的混合运算
【分析】根据向量加法、数乘向量的运算律化简即可.
【详解】,故①正确;
,故②错误;
,故③正确;
,故④正确.
故选:C
4.(24-25高一下·安徽亳州·期中)在中,若,则( )
A. B. C. D.
【答案】A
【知识点】向量加法的法则、向量减法的法则、向量数乘的有关计算
【分析】利用向量的线性运算即可.
【详解】因,则,
则.
故选:A
5.(24-25高一下·甘肃定西·期末)在中,M为边中点,N为的中点,,则( )
A. B. C. D.1
【答案】C
【知识点】向量加法的法则、向量数乘的有关计算
【分析】由向量的线性运算即可求解.
【详解】
因为在中,M为边中点,N为的中点,
所以,
所以.
故选:C.
6.(24-25高一下·福建福州·期中)在中,为边上的中点,则( )
A. B.
C. D.
【答案】A
【知识点】向量数乘的有关计算、平面向量的混合运算
【分析】根据平面向量线性运算法则计算可得.
【详解】因为为边上的中点,
所以.
故选:A
7.(24-25高一下·河南南阳·期末)在平行四边形ABCD中,,则( )
A. B.
C. D.
【答案】B
【知识点】向量加法的法则、向量减法的法则、向量数乘的有关计算
【分析】根据向量加减法的三角形法则,将转化为与和有关的表达式,再结合已知条件进行化简
【详解】在平行四边形ABCD中,,则,
所以
故选:B.
8.(24-25高一下·安徽·月考)在平行四边形中,点E是AD的中点,点F是CD的一个三等分点(靠近点C),则=( )
A.+ B.+
C.+ D.-
【答案】A
【知识点】向量加法的法则、向量数乘的有关计算、用基底表示向量
【分析】根据向量基本定理得到.
【详解】点E是AD的中点,点F是CD的一个三等分点(靠近点C),
故,
所以.
故选:A
9.(24-25高一下·福建福州·期中)在中,为边上的中点,则( )
A. B.
C. D.
【答案】A
【知识点】向量数乘的有关计算、平面向量的混合运算
【分析】根据平面向量线性运算法则计算可得.
【详解】因为为边上的中点,
所以.
故选:A
10.(24-25高一下·安徽亳州·期中)在中,若,则( )
A. B. C. D.
【答案】A
【知识点】向量加法的法则、向量减法的法则、向量数乘的有关计算
【分析】利用向量的线性运算即可.
【详解】因,则,
则.
故选:A
1.(2025·浙江嘉兴·三模)在所在平面内,点满足,记,,则( )
A. B. C. D.
【答案】C
【知识点】向量加法的法则、向量减法的法则、向量数乘的有关计算、向量的线性运算的几何应用
【分析】由向量的线性运算法则即可算得结果.
【详解】由向量的线性运算可知.
故选:C.
2.(2026高三·全国·专题练习)已知正方形的边长为1,,,,则( )
A.0 B.3
C. D.
【答案】D
【知识点】向量加法的法则、平面向量的混合运算
【分析】应用平面向量的加法计算再结合模长定义计算求解.
【详解】正方形的边长为1,,,,
则.
故选:D.
3.(2025·湖南邵阳·三模)设为所在平面内一点,.若,则的值为( )
A.4 B.5 C. D.
【答案】D
【知识点】向量数乘的有关计算、平面向量共线定理证明线平行问题
【分析】根据向量的线性运算,即可求解.
【详解】,
所以,即,即,
即.
故选:D
4.(25-26高二上·黑龙江绥化·开学考试)在所在的平面上有一点,满足,则与的面积之比是( )
A. B. C. D.
【答案】D
【知识点】向量数乘的有关计算、向量的线性运算的几何应用
【分析】令是的中点,利用平面向量的线性运算,可得,从而有∥,即得,进而可求出三角形面积之比.
【详解】由得,
即,
令是的中点,则,
所以
所以∥,
所以,
即
故答案为:D.
1.知识清单:
(1)向量的数乘及运算律.
(2)向量共线定理.
(3)三点共线的常用结论.
2.方法归纳:数形结合法、分类讨论法.
3.常见误区:忽视零向量这一个特殊向量.
教材第15页练习第1〜3题.
习题6.2 8.(2)(3)(4),9题
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6.2.3 向量的数乘运算
导学案
1. 理解向量数乘运算的定义,明确其长度与方向的规定,能准确描述数乘向量的几何意义。
1. 熟练掌握向量数乘的三条运算律,能灵活运用运算律进行向量的线性运算(加、减、数乘混合运算)。
1. 深刻理解向量共线定理,能利用定理判断两个向量是否共线,解决三点共线、直线平行等实际问题。
1. 经历“实例探究—概念抽象—性质推导—应用拓展”的过程,提升数学抽象、逻辑推理和数学运算素养。
教学重点:
1. 向量数乘运算的定义及运算律。
2. 向量共线定理及其应用(判断向量共线、证明三点共线)。
教学难点:
1. 理解数乘向量的几何意义及“数乘结果为向量”的本质。
2. 向量共线定理的灵活运用(尤其是含参数问题的求解)。
3. 用线性运算解决复杂几何图形中的向量表示问题。
知识点一 向量的数乘
定义
实数λ与向量a的积是一个 ,记作
长度
|λa|= |
方向
当λ>0时,λa的方向与a的方向
当λ<0时,λa的方向与a的方向
当λ=0时, =
总结
向量的加、减、数乘运算统称为向量的
知识点二 向量数乘的运算律
运算律
设λ,μ为实数,那么
(1)λ(μa)= ;
(2)(λ+μ)a= ;
(3)λ(a+b)=
特别情况
(-λ)a=-(λa)=λ(-a);
λ(a-b)=λa-λb
推广形式
对于任意向量a,b,以及任意实数λ,μ1,μ2,恒有λ(μ1a±μ2b)=
知识点三 向量共线定理
.
导入新知1:校园骑行的路线规划问题
情境描述
周末,小明计划从学校东门(A点)出发,骑行探索校园周边路线:
· 若他沿正东方向骑行,每次前进的路程对应向量a(长度为1km,方向正东),连续骑行4次后,最终的位移向量如何表示?这个向量的长度和方向与a有什么关系?
· 若他沿正西方向(与a反向)骑行,同样连续骑行4次,最终的位移向量又该如何表示?与原向量a的长度、方向有何关联?
· 若他先沿正东骑行2次,再沿正西骑行3次,总位移向量可以用a表示吗?
请同学们:
1. 用向量加法法则画出前两个问题的位移向量;
2. 尝试用简洁的符号表示这些重复叠加的位移向量;
3. 思考这种“向量与实数结合”的运算有什么规律。
导入新知2:超市购物的购物车推行问题
情境描述
超市购物车的推行可以用向量来描述:设购物车在水平地面上被匀速推行时,每次施加的推力对应向量f(长度为5N,方向为推行方向)。
· 若小明妈妈推车时,施加的推力大小是原来的2倍,方向不变,此时的推力向量如何表示?它与原向量f的长度、方向有什么关系?
· 若小明反向拉购物车(与推行方向相反),拉力大小与原推力大小相同,对应的向量怎么表示?与f的关系是什么?
· 若小明和妈妈一起同向推车,小明的推力是1.5f,妈妈的推力是2.5f,两人的合力向量可以用f表示吗?若小明向东推,妈妈向北推,合力又该如何计算?
请同学们:
1. 用画图的方式表示前两个问题的向量;
1. 猜想“实数与向量相乘”的长度和方向规律;
1. 思考第三个问题中“同向合力”与“反向合力” “不同向合力”的区别,体会运算的特殊性。
问题1:向量加法的三角形法则和平行四边形法则各是什么?
问题2:向量减法的几何意义是什么?
探究点1:向量数乘的定义
◆探究
已知非零向量,作出和.它们的长度和方向分别是怎样的?
如图6.2-14,.类比数的乘法,我们把记作,即.显然的方向与的方向相同,的长度是的长度的3倍,即|.
类似地,由图6.2-14可知,,我们把记作,即.显然的方向与的方向相反,的长度是的长度的3倍,即.
一般地,我们规定实数与向量的积是一个向量,这种运算叫做向量的数乘(multiplication of vector by scalar),记作,它的长度与方向规定如下:
(1);
(2)当时,的方向与的方向相同;当时,的方向与的方向相反.
由(1)可知,当时,.
由(1)(2)可知, .
一般地,我们规定实数λ与向量a的积是一个向量,这种运算叫做向量的数乘,记作λa,其长度与方向规定如下:
(1)|λa|=|λ||a|.
2λaa≠0的方向
特别地,当λ=0时,λa=0.
当λ=-1时,(-1)a=-a.
注意点:
(1)数乘向量仍是向量.
(2)实数λ与向量不能相加.
探究点2:向量数乘的运算律
你对零向量、相反向量有什么新的认识?
思考
如果把非零向量的长度伸长到原来的3.5倍,方向不变得到向量,向量该如何表示?向量,之间的关系怎样?
根据实数与向量的积的定义,可以验证下面的运算律是成立的.
设,为实数,那么
(1);
(2);
(3).
特别地,我们有
,
.
向量的加、减、数乘运算统称为向量的线性运算.向量线性运算的结果仍是向量.
对于任意向量,,以及任意实数,μ1,μ2,恒有
总结:数乘运算的运算律
设λ,μ为实数,那么
(1)λ(μa)= .
(2)(λ+μ)a= .
(3)λ(a+b)= .
特别地,(-λ)a=-(λa)=λ(-a),λ(a-b)=λa-λb.
例5 计算:
(1); (2);
(3).
【变式】已知是两个不共线的向量,,若与是共线向量,则实数 .
探究点3:向量共线定理
向量a(a≠0)与b共线的充要条件是:存在唯一一个实数λ,使b=λa.
注意点:
(1)向量共线定理中规定a≠0.
(2)λ的值是唯一存在的.
探究点4:向量数乘的几何应用(三点共线、向量表示)
例6 如图6.2-15,□ABCD的两条对角线相交于点,且,,用,表示,,和.
【变式】在△ABC中,点D满足,点E满足,则=( )
A. B.
C. D.
例7 如图6.2-16,已知任意两个非零向量,,试作,,.猜想,,三点之间的位置关系,并证明你的猜想.
分析:判断三点之间的位置关系,主要是看这三点是否共线,为此只要看其中一点是否在另两点所确定的直线上.在本题中,应用向量知识判断,,三点是否共线,可以通过判断向量,是否共线,即是否存在,使成立.
【变式】已知,是两个不共线的向量.
(1)若,,,求证:A,B,D三点共线;
(2)若和共线,求实数的值.
例8 已知,是两个不共线的向量,向量,共线,求实数的值.
【变式】已知,是两个不共线的向量,向量,共线,则实数t的值为 .
1.(2026高三·全国·专题练习)( )
A. B.
C. D.
2.(25-26高一下·全国·课堂例题)等于( )
A. B. C. D.
3.(25-26高一下·全国·课堂例题)下列各式计算正确的有( )
①;
②;
③;
④.
A.1个 B.2个 C.3个 D.4个
4.(24-25高一下·安徽亳州·期中)在中,若,则( )
A. B. C. D.
5.(24-25高一下·甘肃定西·期末)在中,M为边中点,N为的中点,,则( )
A. B. C. D.1
6.(24-25高一下·福建福州·期中)在中,为边上的中点,则( )
A. B.
C. D.
7.(24-25高一下·河南南阳·期末)在平行四边形ABCD中,,则( )
A. B.
C. D.
8.(24-25高一下·安徽·月考)在平行四边形中,点E是AD的中点,点F是CD的一个三等分点(靠近点C),则=( )
A.+ B.+
C.+ D.-
9.(24-25高一下·福建福州·期中)在中,为边上的中点,则( )
A. B.
C. D.
10.(24-25高一下·安徽亳州·期中)在中,若,则( )
A. B. C. D.
1.(2025·浙江嘉兴·三模)在所在平面内,点满足,记,,则( )
A. B. C. D.
2.(2026高三·全国·专题练习)已知正方形的边长为1,,,,则( )
A.0 B.3
C. D.
3.(2025·湖南邵阳·三模)设为所在平面内一点,.若,则的值为( )
A.4 B.5 C. D.
4.(25-26高二上·黑龙江绥化·开学考试)在所在的平面上有一点,满足,则与的面积之比是( )
A. B. C. D.
1.知识清单:
(1)向量的数乘及运算律.
(2)向量共线定理.
(3)三点共线的常用结论.
2.方法归纳:数形结合法、分类讨论法.
3.常见误区:忽视零向量这一个特殊向量.
教材第15页练习第1〜3题.
习题6.2 8.(2)(3)(4),9题
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