8.1.1 向量数量积的概念-【优学精讲】2025-2026学年高中数学必修第三册教用课件(人教B版)

2026-04-06
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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 2026-2027
地区(省份) 全国
地区(市) -
地区(区县) -
文件格式 PPTX
文件大小 3.12 MB
发布时间 2026-04-06
更新时间 2026-04-06
作者 拾光树文化
品牌系列 优学精讲·高中同步
审核时间 2026-03-23
下载链接 https://m.zxxk.com/soft/56960332.html
价格 3.00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的概念,通过物理“功”的实例导入,从力与位移的乘积抽象出数量积定义,衔接向量线性运算,借助情境问题、定义辨析及自我诊断搭建学习支架。 其亮点在于以物理情境发展数学抽象,通过数量积计算、投影向量、综合应用等题型强化数学运算与逻辑推理,采用“定义-辨析-典例-跟踪”闭环设计,助力学生深化理解,教师可通过分层作业落实差异化教学需求。

内容正文:

8.1.1 向量数量积的概念 1 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). 课标要求 基础落实 01 典例研析 02 课时作业 03 目录 3 01 PART 基础落实 基础落实 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. 数学·必修第三册(B 版) 目 录 (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. 【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? 数学·必修第三册(B 版) 目 录 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  数学·必修第三册(B 版) 目 录 【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. 数学·必修第三册(B 版) 目 录 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 数学·必修第三册(B 版) 目 录 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  数学·必修第三册(B 版) 目 录 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  数学·必修第三册(B 版) 目 录 【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>. 数学·必修第三册(B 版) 目 录 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. 数学·必修第三册(B 版) 目 录 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. ( × ) √ √ × 数学·必修第三册(B 版) 目 录 2. 已知平面向量|a|=2,|b|=3,<a,b>= ,则a·b=(  ) A. 2 B. 3 解析:  因为|a|=2,|b|=3,<a,b>= ,则a·b=|a|| b| cos =2×3× =3. √ C. 6 D. 0 数学·必修第三册(B 版) 目 录 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. √ 数学·必修第三册(B 版) 目 录 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 数学·必修第三册(B 版) 目 录 02 PART 典例研析 典例研析 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. 数学·必修第三册(B 版) 目 录 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. 数学·必修第三册(B 版) 目 录 【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| √ √ √ 数学·必修第三册(B 版) 目 录 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. 数学·必修第三册(B 版) 目 录 题型二|投影向量与投影的数量 【例2】 (1)已知向量a在向量b上的投影向量为 b,|b|=4,则 a·b=( C ) A. 6 B. 12 C. 24 D. 9 解析: 设 a,b的夹角为 θ,因为向量a在向量 b上的投影向量为| a| cos θ· = b,所以|a| cos θ= |b|.又因为|b|=4,则 a·b=|a||b| cos θ= |b|2= ×42=24. C 数学·必修第三册(B 版) 目 录 (2)已知|a|=4,|b|=3,a·b=-12,则向量b在向量a上的投影 向量为( A ) A. - a B. - b C. - b D. - a 解析: 设a与b的夹角为θ,则向量b在向量a上的投影向量为| b|· cos θ· =|b|· · = ·a= ×a=- a. A 数学·必修第三册(B 版) 目 录 通性通法 投影向量及其求法 (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. 数学·必修第三册(B 版) 目 录 【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. (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. 数学·必修第三册(B 版) 目 录 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 . 数学·必修第三册(B 版) 目 录 (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 . 数学·必修第三册(B 版) 目 录 【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 . 数学·必修第三册(B 版) 目 录 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. 数学·必修第三册(B 版) 目 录 【跟踪训练】 1. 已知向量|a|=10,|b|=12且a·b=-60 ,则向量a与b的夹角为 (  ) A. 60° B. 120° C. 135° D. 150° 解析:  因为|a|=10,|b|=12且a·b=-60,所以 cos <a,b> = = =- ,又0°≤<a,b>≤180°,所以<a,b>= 120°,即向量a与b的夹角为120°. √ 数学·必修第三册(B 版) 目 录 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. √ 数学·必修第三册(B 版) 目 录 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. √ 数学·必修第三册(B 版) 目 录 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. √ 数学·必修第三册(B 版) 目 录 3. 已知|a|=2 |b|,且<a,b>= ,则b在a上的投影向量为 (  ) A. - a B. -3a C. a D. 3a 解析:  因为|a|=2 |b|,<a,b>= ,所以b在a上的投 影向量为|b| cos <a,b> = cos <a,b>a= cos ·a =- a. √ 数学·必修第三册(B 版) 目 录 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. 数学·必修第三册(B 版) 目 录 03 PART 课时作业 课时作业 目 录 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. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 √ 数学·必修第三册(B 版) 目 录 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 数学·必修第三册(B 版) 目 录 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 数学·必修第三册(B 版) 目 录 4. 中国象棋是一种古老的棋类游戏,大约有两千年的历史,是中华文明非 物质文化的经典产物.如图,棋盘由边长为1的正方形方格组成,已知 “兵”“马”“炮”“帅”分别位于A,B,C,D四点,则( + )·( - )=(  ) A. -2 B. - C. 2 D. √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 数学·必修第三册(B 版) 目 录 解析:  如图: 可知| |= ,| |=2,< , >= 135°,故( + )·( - )= · = 2× × cos 135°=-2. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 数学·必修第三册(B 版) 目 录 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 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 数学·必修第三册(B 版) 目 录 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 数学·必修第三册(B 版) 目 录 7. 设向量a,b满足<a,b>= ,且|a|=2|b|,若c为b在向量a 上的投影向量,并满足c=λa,则λ= ⁠. 解析:因为c为b在向量a上的投影向量,c=λa,所以c= · =λa,又<a,b>= ,且|a|=2|b|,所以λ= = = . ​ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 数学·必修第三册(B 版) 目 录 8. 定义两个向量a,b的运算“ ”:a b=|a||b| sin θ;运算 “·”:a·b=|a||b| cos θ,其中θ是a,b的夹角.若|x|=2,| y|=5,x·y=6,则x y= ⁠. 解析:设θ为x,y的夹角,由x·y=|x||y| cos θ=6得 cos θ= = ,所以 sin θ= = ,所以x y=|x||y| sin θ=2×5× =8. 8 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 数学·必修第三册(B 版) 目 录 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 数学·必修第三册(B 版) 目 录 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 数学·必修第三册(B 版) 目 录 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 数学·必修第三册(B 版) 目 录 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 数学·必修第三册(B 版) 目 录 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 数学·必修第三册(B 版) 目 录 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. (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 数学·必修第三册(B 版) 目 录 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 数学·必修第三册(B 版) 目 录 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 数学·必修第三册(B 版) 目 录 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 数学·必修第三册(B 版) 目 录 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, ∴| |≤| |≤| |, ∴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 数学·必修第三册(B 版) 目 录 $

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