内容正文:
2025-2026学年高一数学寒假班预修提升讲义
专题8.3.2 向量的正交分解与向量线性运算的坐标表示
知识点一、向量的正交分解与坐标表示
1.正交分解:将向量分解为两个互相垂直的向量的线性组合(通常取轴、轴正方向的单位向量、).
如果基底的两个基向量、互相垂直,则称这个基底为正交基底,在正交基底下分解向量,叫做正交分解,事实上,正交分解是平面向量基本定理的特殊形式.
2.坐标表示:如图,在平面直角坐标系内,分别取与轴、轴方向相同的两个单位向量、作为基底,对于平面上的一个向量,由平面向量基本定理可知,有且只有一对实数,使得=.这样,平面内的任一向量都可由唯一确定,我们把有序数对叫做向量的(直角)坐标,记作=,x叫做在轴上的坐标,叫做在轴上的坐标.把叫做向量的坐标表示.给出了平面向量的直角坐标表示,在平面直角坐标系内,每一个平面向量都可以用一有序数对唯一表示,从而建立了向量与实数的联系,为向量运算数量化、代数化奠定了基础,沟通了数与形的联系.
3.位置向量:起点在原点的向量.其坐标与终点坐标相同;
诠释:
(1)由向量的坐标定义知,两向量相等的充要条件是它们的坐标相等,即且,其中,.
(2)要把点的坐标与向量坐标区别开来.相等的向量的坐标是相同的,但始点、终点的坐标可以不同.比如,若,,则;若,,则,,显然A、B、C、D四点坐标各不相同.
(3)在直角坐标系中有双重意义,它既可以表示一个固定的点,又可以表示一个向量.
概念
区别
点的坐标
表示点的位置(如)
向量的坐标
表示向量的大小与方向(如)
知识点二、向量线性运算的坐标表示
设...则:
1.加法:
2.减法:
3.数乘:
4.向量的坐标表示:若、.则.
5.向量相等的坐标条件:且.
6.中点坐标公式:若是、的中点.则;
知识点三、向量模的坐标运算
1.设,则或
2.如果表示向量的有向线段的起点和终点的坐标分别为、,那么(平面内两点间的距离公式).
知识点四、平面向量平行(共线)的坐标表示
1、平面向量平行(共线)的坐标表示
设非零向量,则,即,或.
若,则不能表示成因为分母有可能为0.
2、三点共线的判断方法
判断三点是否共线,先求每两点对应的向量,然后再按两向量共线进行判定,即已知
,,
若则A,B,C三点共线.
题型一 向量的正交分解
【例1】1.平面直角坐标系内,为坐标原点,若点,则向量的向量正交分解形式是 .
【答案】
【分析】根据向量的正交分解直接可得答案.
【解析】因为点,所以
故答案为:
2.若向量,则对应的位置向量的终点坐标是 .
【答案】
【分析】利用向量运算法则进行求解即可.
【详解】,所以对应的位置向量的终点坐标是.
故答案为:
【跟踪训练】
1.如果用分别表示x轴和y轴正方向上的单位向量,且,则可以表示为( )
A. B. C. D.
【答案】C
【分析】先根据向量的坐标表示求出,再根据正交分解即可得解.
【解析】因为,所以,
所以.
故选:C.
2.如图,是夹角为120°的两个单位向量,,且,.求在基下的坐标.
【解析】如图,
作平行四边形OBAC,则.
因为,,
所以,在中,,.
所以,即.
因此在基下的坐标为.
题型二 向量的坐标表示
【例2】如图,设为一组标准正交基,用这组标准正交基分别表示向量,,,,并求出它们的坐标.
【解析】由图可知:
,对应坐标为;
,对应坐标为;
,对应坐标为;
,对应坐标为.
【跟踪训练】
1.若,,则的坐标是( )
A. B. C. D.
【答案】B
【分析】利用向量的坐标运算求解即可
【详解】因为,,
所以,
故选:B.
2.如图,在平行四边形中,已知、、,其对角线交点为M.求:
(1)向量与的坐标;
(2)点D与M的坐标.
【答案】(1),.
(2),
【分析】(1)根据向量的坐标运算即可求解;(2)利用中点坐标公式,然后求解M点坐标,再根据向量相等,即可利用坐标相等求解D点坐标.
【详解】(1)因为
所以,
.
(2)设,因为M为中点,、,
所以,所以.
设,则,
由得,
即所以即.
题型三 向量线性运算的坐标表示
【名师点拨】平面向量坐标运算的技巧
(1)若已知向量的坐标,则直接应用两个向量和、差的运算法则进行.
(2)若已知有向线段两端点的坐标,则可先求出向量的坐标,然后再进行向量的坐标运算.
【例3】1.已知,,,则________
【解题思路】根据给定条件,利用向量线性运算的坐标表示求解判断.
【解答过程】由,,,得,
所以.
2.若,,则的坐标为________
【分析】由向量减法的坐标运算即可得解.
【详解】因为,,
所以.
3.已知向量,则________
【解题思路】根据向量线性运算的坐标表示,可得答案.
【解答过程】由题意可得.
【例4】已知,若,则等于( )
A. B. C. D.
【答案】A
【解题思路】根据向量线性运算的坐标表示求解即可.
【解答过程】由题意得,
因为,
所以⇒
故.
故选:A.
【跟踪训练】
1.已知,则 .
【答案】
【分析】首先表示出,,再根据线性运算的坐标表示计算可得.
【解析】因为,
所以,,
所以.
故答案为:
2.已知 ,且 ,则 ______
【分析】利用向量数乘的运算法则可得答案.
【详解】.
3.已知,,求,,的坐标.
【解析】由题意,,
,
.
4.设向量绕点逆时针旋转得向量,且,则向量_____
【分析】设,求出,求出,求出和即可求解.
【详解】设,则,
所以,
即,解得,
因此,,.
故选:B.
5.已知,,,若,则 .
【答案】
【解析】根据题意,由向量的坐标表示,列出方程,求出,,即可得出结果.因为,,,
若,则,解得,所以.
故答案为:.
6.已知,,求,的坐标.
【解析】因为,,则,
.
7.设x,y为实数,已知点A(l,2),B(3,2),向量与相等,求x,y的值.
【答案】
【分析】先求得,再根据向量与相等求解.
【详解】因为点A(l,2),B(3,2),
所以,
又因为向量与相等,
所以,
解得.
题型四 利用向量坐标运算求点的坐标
【名师点拨】1、在进行平面向量的坐标运算时,应先将平面向量用坐标的形式表示出来,再根据两个向量的和、差运算法则进行计算;2、在求一个向量时,可以首先求出这个向量的起点坐标和终点坐标,再运用终点坐标减去起点坐标得到该向量的坐标;3、求一个点的坐标,可以转化为求以原点为起点,该点为终点的向量的坐标;
【例5】已知点、,且,则点的坐标是( )
A. B. C. D.
【答案】A
【分析】根据向量的线性运算求得的坐标.
【详解】设为坐标原点,
,
整理得.
故选:A
【跟踪训练】
1.已知点,,且,则点的坐标为( )
A. B. C. D.
【答案】B
【分析】利用平面向量的坐标运算即可求解.
【详解】设,则,.
因为,所以,解得,
所以点的坐标为.
故选:B.
2.已知,是直线上一点,若,求点的坐标.
【答案】
【分析】设,根据向量共线的坐标运算求解.
【详解】因为,
所以,
因为,
所以,
解得,
即
3.已知平面上两点的坐标分别是是直线上的一点,且,则点的坐标是 .
【答案】
【解析】设,则,
故,即,解得,
故点的坐标为.
故答案为:.
4.已知,,,则点的坐标为
【答案】
【分析】根据平面向量线性运算的坐标表示即可求解.
【详解】设点,
则,,
因为,所以,解得,
所以点的坐标为.
故答案为:.
5.已知点,向量,,,则P点坐标为( )
A. B. C. D.
【答案】A
【分析】利用向量线性运算的坐标表示求出即可.
【详解】向量,,,可得:,
则,
因为点,则P点坐标为
故选:A
题型五 向量模的坐标运算
【例6】已知,,则 .
【答案】
【分析】先根据向量的加法坐标运算求出,再根据向量的模计算公式即可求解.
【详解】,
.
故答案为:.
【例7】已知向量,则的最大值为 .
【答案】
【解析】因为,
所以,
所以
,
所以当,即时取得最大值,且.
故答案为:
【跟踪训练】
1.已知向量和满足,则 .
【答案】
【解析】由,得,
根据向量模长公式.
故答案为:.
2.已知向量,满足,,则 .
【答案】
【分析】根据向量的坐标运算得出的坐标,再根据求模公式计算.
【详解】法1:由题意可得,,
,
故,,
故.
法2:由题意可得,.
故答案为:
题型六 单位向量的坐标表示
【例8】已知两点,则与向量同向的单位向量是 .
【答案】
【解析】因为
所以,所以
与向量同向的单位向量是.
故答案为:.
【跟踪训练】
1.已知,则的单位向量坐标为 .
【答案】
【分析】先求,在根据单位向量的公式求解.
【详解】.
故答案为:
2.已知向量,则与共线且反向的单位向量为( )
A. B.
C.或 D.
【答案】B
【分析】根据单位向量及相反向量的定义计算即可.
【详解】与共线且反向的单位向量为.
故选:B
题型七 向量共线的坐标表示
【例9】若两个非零向量,,则是与共线的( )
A.充分不必要条件 B.必要不充分条件 C.充要条件 D.既不充分也不必要条件
【答案】A
【分析】利用向量共线的意义,结合充分条件、必要条件的定义直接判断.
【详解】令,则,,即向量与共线;
取,,满足与共线,而不成立,
所以是与共线的充分不必要条件.
故选:A
【例10】已知向量,与平行,则的值为 .
【答案】/
【分析】根据题意,得到,结合与,列出方程,即可求解.
【详解】由向量,可得,
因为与,可得,解得.
故答案为:.
【例11】若三点共线,则实数的值为( )
A. B. C.1 D.
【答案】A
【分析】由三点共线,可知存在唯一实数,使得,根据向量的共线定理,建立方程组即可解得.
【详解】因为,,三点共线,所以存在唯一实数,使得,
又因为,,
所以,即,解得,
所以的值为.
故选:A
【跟踪训练】
1.已知向量满足,则下列结论正确的是( )
A. B.
C. D.
【答案】C
【分析】由题意,可求,,即可判断A;根据模长公式判断B;由垂直的坐标表达式判断C,进而判断D.
【详解】对于A,因为,
所以,,故A错误;
对于B,,所以,故B错误;
对于C,,所以,故C正确;
对于D,,故D错误.
故选:C
2.已知向量.若为实数,且,则( )
A.1 B.2 C. D.
【答案】D
【分析】根据平面向量运算的坐标表示和向量共线的坐标公式计算即可.
【详解】因为向量,
所以.
因为,所以,解得.
故选:D.
3.已知向量,若三点共线,则( )
A. B.49 C.21 D.
【答案】D
【分析】根据共线向量的坐标表示公式计算即得.
【详解】由,可得,
因三点共线,则与共线,
故有,解得.
故选:D.
4.已知O为坐标原点,若不重合的三点,,共线,则( )
A. B. C. D.
【答案】A
【分析】由共线求出,检验即可得解.
【详解】因为,,,
所以,
若不重合的三点,,共线,
则,解得或,
当时,重合,矛盾,
当时,都不重合,故满足题意,
所以.
故选:A.
题型八 向量坐标运算的几何应用
【例12】在平面四边形ABCD中,,若 ,则( )
A. B.2 C. D.
【答案】A
【解题思路】建立坐标系,利用平面向量的坐标法求解.
【解答过程】以AC所在直线为x轴,AC的垂直平分线为y轴,
建立平面直角坐标系(点D在x轴上方),
设,则,
,
因为 ,所以
所以,解得,所以.
故选:A.
【例13】如图,平面上A,B,C三点的坐标分别为.
(1)写出向量的坐标;
(2)如果四边形ABCD是平行四边形,求点的坐标.
【答案】(1),,
(2)
【解题思路】(1) 由向量的坐标运算即可求解;
(2) 由平行四边形的性质结合向量相等即可求出D的坐标.
【解答过程】(1),
,
.
(2)设,由,可得,
所以,故.
一、选择题
1.已知,分别为的边,的中点,若,,则点的坐标为( )
A. B. C. D.
【答案】A
【分析】根据向量的数乘运算,向量坐标与终点、始点的关系求解.
【详解】因为,分别为AB,AC的中点,所以.
设,又,所以,即解得
即点的坐标为.
故选:A.
2.已知点、,且,则点的坐标是( )
A. B. C. D.
【答案】A
【分析】根据向量的线性运算求得的坐标.
【详解】设为坐标原点,
,
整理得.
故选:A
3.已知,,则( )
A.2 B. C.4 D.8
【答案】B
【分析】根据向量的坐标表示和向量的模进行求解即可.
【详解】因为,
所以.
所以.
故选:B.
4.已知向量,若,则实数( )
A. B. C.11 D.2
【答案】D
【解析】,因为,
则,解得.
故选:D.
5.已知向量,,,若,则实数的值为( )
A. B. C. D.
【答案】B
【解析】由题意可得,,且,
由可得,解得.
故选:B
二、填空题
6.向量的坐标表示为 ;坐标为的向量,用正交分解表示为
【答案】 ;;
【解析】根据向量的坐标表示,可得向量的坐标表示为,
坐标为的向量为,即坐标为的向量的正交分解为.
故答案为:,
7.已知,分别表示x轴和y轴方向上的单位向量,且=4-3,则向量的坐标为
【答案】(4,-3);
【解析】由=4-3,得=(4,-3);
8.如图,向量,是两个互相垂直的单位向量,向量与的夹角是30°,且,以为原点,向量,为基底,则向量
【答案】=2+2
【解析】由图;,由;
9.知点A(0,1),B(3,2),向量=(-4,-3),则向量=
【答案】(-7,-4);
【解析】方法1:设C(x,y),则=(x,y-1)=(-4,-3),所以
从而=(-4,-2)-(3,2)=(-7,-4);故选A;
方法2:=(3,2)-(0,1)=(3,1),=-=(-4,-3)-(3,1)=(-7,-4);
10.已知点A(2,1),B(-2,3),且=,则点C的坐标为
【答案】(0,2)
【解析】设C(x,y),则(x-2,y-1)=(-4,2)=(-2,1),所以,x=0,y=2;
11.已知平面向量,,则向量__________.
【答案】
【分析】根据平面向量的坐标运算计算即可.
【详解】因为,
所以
故答案为:.
13.已知向量、满足,,则 .
【答案】
【解析】因为,故.
故答案为:.
14.已知两点A(4,1),B(7,-3),则与向量同向的单位向量是
【答案】;
【解析】因为与同向的单位向量为,=(7,-3)-(4,1)=(3,-4),
||==5,所以=;
15.已知向量 ,且,则 , .
【答案】 0
【解析】由得 ,即,解得
故答案为:;0
16.已知向量,,则与共线,则实数_________.
【答案】
【分析】根据向量平行得到,解得答案.
【详解】向量,,与共线,则,解得.
故答案为:
17.已知向量,则向量的单位向量______.
【答案】或
18.已知向量,若,则 .
【答案】.
【解析】因为向量,
若,则,解得,
即,所以.
故答案为:.
19.已知向量,且,则 .
【答案】
【解析】,
因为,所以,解得,
所以.
故答案为:.
3、 解答题
20.已知点A(1,2),B(4,5),O(0,0)及.
(1)当m为何值时,P在x轴上?P在y轴上?P在第四象限?
(2)四边形OABP能否成为平行四边形?若能,求出相应的m的值;若不能,说明为什么.
【解析】(1)因为点A(1,2),B(4,5),O(0,0)及
所以.
若P在x轴上,则,解得:;
若P在y轴上,则,解得:;
若P在第四象限,则,解得:;
综上所述:当时,P在x轴上;当时,P在y轴上;当时, P在第四象限;
(2)假设四边形OABP能构成为平行四边形,则;
因为,所以,解得:m=0.
所以m=0时,四边形OABP能构成为平行四边形;
21.(23-24高一下·河北邢台·期中)已知向量满足,.
(1)求;
(2)求;
(3)若向量与向量的方向相反,求实数的值.
【答案】(1)
(2)
(3)
【分析】(1)首先求出、的坐标,从而得到的坐标,再根据数量积的坐标表示计算可得;
(2)求出的坐标,利用坐标法计算可得;
(3)首先求出与的坐标,根据向量共线的坐标表示求出,再代入检验.
【详解】(1)因为,,
所以,则,
所以,
所以,
所以;
(2)因为,
所以;
(3)因为,,
所以,
,
因为与共线,
则,解得或,
当时,,,则,
此时与方向相同,不符题意;
当时,,,则,
此时与方向相反,符合题意;
综上可得.
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2025-2026学年高一数学寒假班预修提升讲义
专题8.3.2 向量的正交分解与向量线性运算的坐标表示
知识点一、向量的正交分解与坐标表示
1.正交分解:将向量分解为两个互相垂直的向量的线性组合(通常取轴、轴正方向的单位向量、).
如果基底的两个基向量、互相垂直,则称这个基底为正交基底,在正交基底下分解向量,叫做正交分解,事实上,正交分解是平面向量基本定理的特殊形式.
2.坐标表示:如图,在平面直角坐标系内,分别取与轴、轴方向相同的两个单位向量、作为基底,对于平面上的一个向量,由平面向量基本定理可知,有且只有一对实数,使得=.这样,平面内的任一向量都可由唯一确定,我们把有序数对叫做向量的(直角)坐标,记作=,x叫做在轴上的坐标,叫做在轴上的坐标.把叫做向量的坐标表示.给出了平面向量的直角坐标表示,在平面直角坐标系内,每一个平面向量都可以用一有序数对唯一表示,从而建立了向量与实数的联系,为向量运算数量化、代数化奠定了基础,沟通了数与形的联系.
3.位置向量:起点在原点的向量.其坐标与终点坐标相同;
诠释:
(1)由向量的坐标定义知,两向量相等的充要条件是它们的坐标相等,即且,其中,.
(2)要把点的坐标与向量坐标区别开来.相等的向量的坐标是相同的,但始点、终点的坐标可以不同.比如,若,,则;若,,则,,显然A、B、C、D四点坐标各不相同.
(3)在直角坐标系中有双重意义,它既可以表示一个固定的点,又可以表示一个向量.
概念
区别
点的坐标
表示点的位置(如)
向量的坐标
表示向量的大小与方向(如)
知识点二、向量线性运算的坐标表示
设...则:
1.加法:
2.减法:
3.数乘:
4.向量的坐标表示:若、.则.
5.向量相等的坐标条件:且.
6.中点坐标公式:若是、的中点.则;
知识点三、向量模的坐标运算
1.设,则或
2.如果表示向量的有向线段的起点和终点的坐标分别为、,那么(平面内两点间的距离公式).
知识点四、平面向量平行(共线)的坐标表示
1、平面向量平行(共线)的坐标表示
设非零向量,则,即,或.
若,则不能表示成因为分母有可能为0.
2、三点共线的判断方法
判断三点是否共线,先求每两点对应的向量,然后再按两向量共线进行判定,即已知
,,
若则A,B,C三点共线.
题型一 向量的正交分解
【例1】1.平面直角坐标系内,为坐标原点,若点,则向量的向量正交分解形式是 .
2.若向量,则对应的位置向量的终点坐标是 .
【跟踪训练】
1.如果用分别表示x轴和y轴正方向上的单位向量,且,则可以表示为( )
A. B. C. D.
2.如图,是夹角为120°的两个单位向量,,且,.求在基下的坐标.
题型二 向量的坐标表示
【例2】如图,设为一组标准正交基,用这组标准正交基分别表示向量,,,,并求出它们的坐标.
【跟踪训练】
1.若,,则的坐标是( )
A. B. C. D.
2.如图,在平行四边形中,已知、、,其对角线交点为M.求:
(1)向量与的坐标;
(2)点D与M的坐标.
题型三 向量线性运算的坐标表示
【名师点拨】平面向量坐标运算的技巧
(1)若已知向量的坐标,则直接应用两个向量和、差的运算法则进行.
(2)若已知有向线段两端点的坐标,则可先求出向量的坐标,然后再进行向量的坐标运算.
【例3】1.已知,,,则________
2.若,,则的坐标为________
3.已知向量,则________
【例4】已知,若,则等于( )
A. B. C. D.
【跟踪训练】
1.已知,则 .
2.已知 ,且 ,则 _______
3.设x,y为实数,已知点A(l,2),B(3,2),向量与相等,求x,y的值.
4.设向量绕点逆时针旋转得向量,且,则向量______
5.已知,,,若,则 .
6.已知,,求,,的坐标.
7.已知,,求,的坐标.
题型四 利用向量坐标运算求点的坐标
【名师点拨】1、在进行平面向量的坐标运算时,应先将平面向量用坐标的形式表示出来,再根据两个向量的和、差运算法则进行计算;2、在求一个向量时,可以首先求出这个向量的起点坐标和终点坐标,再运用终点坐标减去起点坐标得到该向量的坐标;3、求一个点的坐标,可以转化为求以原点为起点,该点为终点的向量的坐标;
【例5】已知点、,且,则点的坐标是( )
A. B. C. D.
【跟踪训练】
1.已知点,,且,则点的坐标为( )
A. B. C. D.
2.已知,是直线上一点,若,求点的坐标.
3.已知平面上两点的坐标分别是是直线上的一点,且,则点的坐标是 .
4.已知,,,则点的坐标为
5.已知点,向量,,,则P点坐标为( )
A. B. C. D.
题型五 向量模的坐标运算
【例6】已知,,则 .
【例7】已知向量,则的最大值为 .
【跟踪训练】
1.已知向量和满足,则 .
2.已知向量,满足,,则 .
题型六 单位向量的坐标表示
【例8】已知两点,则与向量同向的单位向量是 .
【跟踪训练】
1.已知,则的单位向量坐标为 .
2.已知向量,则与共线且反向的单位向量为( )
A. B.
C.或 D.
题型七 向量共线的坐标表示
【例9】若两个非零向量,,则是与共线的( )
A.充分不必要条件 B.必要不充分条件 C.充要条件 D.既不充分也不必要条件
【例10】已知向量,与平行,则的值为 .
【例11】若三点共线,则实数的值为( )
A. B. C.1 D.
【跟踪训练】
1.已知向量满足,则下列结论正确的是( )
A. B.
C. D.
2.已知向量.若为实数,且,则( )
A.1 B.2 C. D.
3.已知向量,若三点共线,则( )
A. B.49 C.21 D.
4.已知O为坐标原点,若不重合的三点,,共线,则( )
A. B. C. D.
题型八 向量坐标运算的几何应用
【例12】在平面四边形ABCD中,,若 ,则( )
A. B.2 C. D.
【例13】如图,平面上A,B,C三点的坐标分别为.
(1)写出向量的坐标;
(2)如果四边形ABCD是平行四边形,求点的坐标.
一、选择题
1.已知,分别为的边,的中点,若,,则点的坐标为( )
A. B. C. D.
2.已知点、,且,则点的坐标是( )
A. B. C. D.
3.已知,,则( )
A.2 B. C.4 D.8
4.已知向量,若,则实数( )
A. B. C.11 D.2
5.已知向量,,,若,则实数的值为( )
A. B. C. D.
二、填空题
6.向量的坐标表示为 ;坐标为的向量,用正交分解表示为
7.已知,分别表示x轴和y轴方向上的单位向量,且=4-3,则向量的坐标为
8.如图,向量,是两个互相垂直的单位向量,向量与的夹角是30°,且,以为原点,向量,为基底,则向量
9.知点A(0,1),B(3,2),向量=(-4,-3),则向量=
10.已知点A(2,1),B(-2,3),且=,则点C的坐标为
11.已知平面向量,,则向量__________.
13.已知向量、满足,,则 .
14.已知两点A(4,1),B(7,-3),则与向量同向的单位向量是
15.已知向量 ,且,则 , .
16.已知向量,,则与共线,则实数_________.
17.已知向量,则向量的单位向量______.
18.已知向量,若,则 .
19.已知向量,且,则 .
3、 解答题
20.已知点A(1,2),B(4,5),O(0,0)及.
(1)当m为何值时,P在x轴上?P在y轴上?P在第四象限?
(2)四边形OABP能否成为平行四边形?若能,求出相应的m的值;若不能,说明为什么.
21.(23-24高一下·河北邢台·期中)已知向量满足,.
(1)求;
(2)求;
(3)若向量与向量的方向相反,求实数的值.
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