第2章 5 培优课 平面向量中的最值、范围问题-【优学精讲】2025-2026学年高中数学必修第二册教用课件(北师大版)

2026-03-25
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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 高中数学北师大版必修 第二册
年级 高一
章节 § 5从力的做功到向量的数量积
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 3.59 MB
发布时间 2026-03-25
更新时间 2026-03-25
作者 拾光树文化
品牌系列 优学精讲·高中同步
审核时间 2026-03-25
下载链接 https://m.zxxk.com/soft/56981418.html
价格 3.00储值(1储值=1元)
来源 学科网

内容正文:

培优课 平面向量中的最值、范围问题 1 典例研析 01 目录 课时作业 02 2 01 PART 典例研析 目 录 题型一|平面向量数量积的最值、范围问题 【例1】 在△ABC中,C= ,AC=BC=2,M为边AC的中点,若点P 在边AB上运动(点P可与A,B重合),则 · 的最小值为 ⁠. ​ 解析:法一 如图,以C为坐标原点,建立平面直角坐标 系,则C(0,0),A(0,2),B(2,0),M(0, 1), 依题意可设P(x,2-x),0≤x≤2,则 =(x,1 -x), =(x,2-x),所以 · =(x,1-x)·(x,2-x)=2x2-3x+2=2( x- )2+ ≥ .故 · 的最小值为 . 数学·必修第二册(BSD) 目 录 法二 取MC的中点为Q,连接PQ,则| |= ,所以 · = · = - = - ≥( )2- = ,故 · 的最小值 为 . 数学·必修第二册(BSD) 目 录 通性通法 数量积的最值、范围问题的处理方法 (1)运用平面向量基本定理,将数量积的两个向量用基表示后,再运算; (2)建立坐标系,利用向量的坐标运算转化为函数来处理; (3)利用极化恒等式来处理. 数学·必修第二册(BSD) 目 录 【跟踪训练】  已知圆O半径为2,弦AB=2,点C为圆O上任意一点,则 · 的最 大值是 ⁠. 6 解析:如图,取AB中点D,连接OD,OA,OC,则 cos ∠OAD= ,∴ · = ·( - )= · - · =| || | cos < , >+| || |· cos ∠OAD=4 cos < , >+2≤6;当 cos < , >=1,即 , 同向时取“=”;∴ · 的最大值为6. 数学·必修第二册(BSD) 目 录 题型二|平面向量模的最值、范围问题 【例2】 已知△ABC为等边三角形,AB=2,△ABC所在平面内的点P满 足| - - |=1,则| |的最小值为(  ) A. -1 B. 2 -1 C. 2 -1 D. -1 √ 数学·必修第二册(BSD) 目 录 解析: 如图,建立平面直角坐标系,则A(0, ),B(-1,0),C(1,0),设P(x,y), =(x,y- ), =(-1,- ), =(1,- ), - - =(x,y+ ),| - - |= = =1,则P到(0,- )距离为1,则| |最小值为2 -1. 数学·必修第二册(BSD) 目 录 通性通法 向量模的最值、范围问题的处理方法   设a=(x,y),则|a|= = ,向量的模可以利用坐 标表示,也可以借助“形”,向量的模指的是有向线段的长度,可以结合 平面几何知识求解,尤其注意,如果直接求模不易,可以将向量用基表示 再求. 数学·必修第二册(BSD) 目 录 【跟踪训练】 已知| |=| |=2,点C在线段AB上,且| |的最小值为 ,则| +t |(t∈R)的最小值为(  ) A. B. C. 2 D. √ 数学·必修第二册(BSD) 目 录 解析: 当OC⊥AB时,| |取得最小值,因为| |=| | =2,所以此时点C为线段AB的中点,因为| |= | |,所以 ∠A= ,故∠AOB= ,则 · =| |·| | cos =2,因 为| +t |2=t2| |2+2t · +| |2=4t2+4t+4= (2t+1)2+3≥3,故| +t |≥ .故选B. 数学·必修第二册(BSD) 目 录 题型三|平面向量夹角的最值、范围问题 【例3】 已知a=(λ,2),b=(-3,5),且a与b的夹角为锐角, 则λ的取值范围是 ⁠. 解析:由于a与b的夹角为锐角,∴a·b>0,且a与b不共线同向,由a·b >0⇒-3λ+10>0,解得λ< ,当向量a与b共线时,得5λ=-6,得 λ=- ,因此λ的取值范围是( -∞,- )∪( - , ). ( -∞,- )∪( - , ) 数学·必修第二册(BSD) 目 录 通性通法 夹角的最值、范围问题的处理方法 (1)a=(x1,y1),b=(x2,y2),若<a,b>为锐角⇔a·b>0且 <a,b>≠0; (2)a=(x1,y1),b=(x2,y2),若<a,b>为钝角⇔a·b<0且 <a,b>≠π. 数学·必修第二册(BSD) 目 录 【跟踪训练】 非零向量a,b满足2a·b=a2b2,|a|+|b|=2,则a与b的夹角的最 小值是 ⁠ ​ 数学·必修第二册(BSD) 目 录 解析:由题意得a·b= |a|2|b|2,(|a|+|b|)2=4, 整理得|a|2+|b|2=4-2|a|·|b|≥2|a|·|b|, 即|a|·|b|≤1. cos <a,b>= = |a|·|b|≤ , ∴ ≤<a,b>≤π, 所以a与b夹角的最小值为 . 数学·必修第二册(BSD) 目 录 课时作业 02 PART 目 录 1. 如果a,b是两个单位向量,那么下列四个结论中正确的是(  ) A. a=b B. a·b=1 C. a=-b D. |a|=|b| 解析: 两个单位向量的方向不一定相同或相反,所以选项A、C错误; 由于两个单位向量的夹角不确定,则a·b=1不成立,所以选项B错误;| a|=|b|=1,则选项D正确. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 √ 数学·必修第二册(BSD) 目 录 2. 若平面向量a与b=(1,-1)方向相同,且|a|=2 ,则a= (  ) A. (- , ) B. ( ,- ) C. (-2,2) D. (2,-2) 解析: 因为向量a与b方向相同,且|a|=2 ,所以a=λb= (λ,-λ),λ>0,且|a|2=λ2+(-λ)2=2λ2=(2 )2= 8,解得λ=2,所以a=(2,-2).故选D. √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 数学·必修第二册(BSD) 目 录 3. 设a=(3,m),b=(4,2),则“m=-1”是“a⊥(a-b)” 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 解析: 当m=-1时,a-b=(-1,-3),a·(a-b)=3×(- 1)+(-1)×(-3)=0,a⊥(a-b)成立,所以“m=-1”是 “a⊥(a-b)”的充分条件; 当a⊥(a-b)时,a-b=(-1,m -2),a·(a-b)=3×(-1)+m·(m-2)=0,解得m=-1或m =3,所以“m=-1”不是“a⊥(a-b)”的必要条件,所以“m=- 1”是“a⊥(a-b)”的充分不必要条件,故选A. √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 数学·必修第二册(BSD) 目 录 4. 如图,AB是☉O的直径,点C,D是半圆弧 上的两个三等分点, =a, =b,则 =(  ) A. a-b B. a- b C. - a+b D. -a+ b √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 数学·必修第二册(BSD) 目 录 解析: 画出图形如图所示,由于C,D是半圆弧 上的两 个三等分点,所以△AOC,△COD,△DOB是等边三角形,所 以OA=OB=OC=OD=AC=CD=BD,所以四边形OACD 是菱形,四边形OBDC是菱形, 所以 = = - = - =- a+b.故选C. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 数学·必修第二册(BSD) 目 录 5. 已知向量a=(3,4),b=(1,0),c=a+tb,若<a,c>=< b,c>,则t=(  ) A. -6 B. -5 C. 5 D. 6 解析: 由题意,c=a+tb=(3+t,4),所以a·c=3×(3+t)+ 4×4=25+3t,b·c=1×(3+t)+0×4=3+t.因为<a,c>=<b, c>,所以 cos <a,c>= cos <b,c>,即 = ,即 =3+t,解得t=5,故选C. √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 数学·必修第二册(BSD) 目 录 6. |b|=|a|=|c|=1,a·b= ,则(a+b)·(2b-c)的最小 值为(  ) A. 3+ B. 3- C. 2+ D. 2- 解析: (a+b)·(2b-c)=2a·b-a·c+2b2-b·c=3-(a+ b)·c,因为-|a+b|·|c|≤(a+b)·c≤|a+b|·|c|,所以 (a+b)·c的最大值为|a+b|·|c|= ,所以(a+b)·(2b- c)的最小值为3- . √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 数学·必修第二册(BSD) 目 录 7. 已知在边长为2的正三角形ABC中,M,N分别为BC,AC边上的动 点,且CN=BM,则 · 的最大值为(  ) A. - B. - C. D. √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 数学·必修第二册(BSD) 目 录 解析: 以BC的中点O为原点,BC所在直线为x轴, OA所在直线为y轴,建立如图所示的平面直角坐标系, 则B(-1,0),C(1,0),A(0, ),∴ = (2,0), =(-1, ),设 =t (0≤t≤1),则 =t (0≤t≤1),∴M(2t-1,0),N(1-t, t),∴ =(2t-1,- ), =(2-3t, t),∴ · =(2t-1)·(2-3t)+(- )·( t)=-6t2+4t-2=-6(t- )2- ,∵0≤t≤1,∴当t= 时, · 取得最大值, 为- ,故选B. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 数学·必修第二册(BSD) 目 录 8.17世纪法国数学家费马曾提出这样一个问题:怎样在一个三角形中求一 点,使它到每个顶点的距离之和最小?现已证明:在△ABC中,若三个内 角均小于120°,当点P满足∠APB=∠APC=∠BPC=120°时,则点P 到三角形三个顶点的距离之和最小,点P被人们称为费马点.根据以上性 质,已知a为平面内任意一个向量,b和c是平面内两个互相垂直的向 量,|c|=2,|b|=1,则|a-b|+|a+b|+|a-c|的最小 值是(  ) A. 2- B. 2+ C. -1 D. +1 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 数学·必修第二册(BSD) 目 录 解析: 设a=(x,y),b=(1,0),c=(0,2),则|a-b|+|a+b|+|a-c|= + + .记P(x,y),A(1,0),B(-1,0),C(0,2),则|a-b|+|a+b|+|a-c|的几何意义为点P(x,y)到A(1,0),B(-1,0)和点C(0,2)三个点的距离之和,且△ABC为等腰三角形,如图,由费马点的性质可得,要保证∠APB=120°,则∠APO=60°.因为OA=1,则OP= ,所以点P坐标为(0, )时, 距离之和最小,最小距离之和为 + +(2- ) =2+ .故选B. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 数学·必修第二册(BSD) 目 录 9. 〔多选〕已知向量a,b满足|a|=1,|b|=2,则(  ) A. |a-b|的最大值为3 B. |a+b|的最小值为0 C. |a-b|-|a+b|的最大值为2 D. |a-b|+|a+b|的最小值为4 √ √ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 数学·必修第二册(BSD) 目 录 解析:因为|a-b|2=(a-b)2=a2-2a·b+b2=5-4 cos <a,b>∈[1,9],所以1≤|a-b|≤3,当且仅当向量a与b反向时|a-b|取到最大值3,A正确;因为|a+b|2=(a+b)2=a2+2a·b+b2=5+4 cos <a,b>∈[1,9],所以1≤|a+b|≤3,当且仅当向量a与b反向时|a+b|取到最小值1,B错误;设<a,b>=θ,由A,B可知,(|a-b|-|a+b|)2=( - )2=10-2 ∈[0,4],所以|a-b|-|a+b|的最大值为2,C正确;(|a-b|+|a+b|)2=( + )2=10+2 ∈[16,20],所以|a-b|+|a+b|的最小值为4,D正确. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 数学·必修第二册(BSD) 目 录 10. 〔多选〕在平面直角坐标系中,点A(2,3),B(-3,4),如图 所示,x轴,y轴正方向上的两个单位向量分别为i和j,则下列说法正确 的是(  ) A. =2i+3j B. =3i+4j C. =-5i+j D. =5i-j √ √ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 数学·必修第二册(BSD) 目 录 解析:i,j互相垂直,故{i,j}可作为一组基,由平面向量基本定理,得 =2i+3j, =-3i+4j, = - =-5i+j, = - =5i-j,故A、C、D正确. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 数学·必修第二册(BSD) 目 录 11. 〔多选〕已知向量a=(1,3),b=(2,-4),则下列结论正确的 是(  ) A. (a+b)⊥a B. |2a+b|= C. 向量a,b的夹角为 D. a·b=-10 √ √ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 数学·必修第二册(BSD) 目 录 解析:对于选项A,a+b=(3,-1),因为(a+b)·a=(3,-1)·(1,3)=3-3=0,所以(a+b)⊥a,故A正确;对于选项B,可求得2a+b=(4,2),所以|2a+b|= = =2 ,故B错误;对于选项C,设向量a,b的夹角为θ(θ∈[0,π]),则 cos θ= = =- ,所以θ= ,即向量a,b的夹角为 ,故C正确;对于选项D,a·b=1×2+3×(-4)=-10,故D正确.故选A、C、D. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 数学·必修第二册(BSD) 目 录 12. 〔多选〕已知向量a,b的数量积(又称向量的点积或内积)a·b=| a||b| cos <a,b>,其中<a,b>表示向量a,b的夹角;向量 a,b的向量积(又称向量的叉积或外积)a×b的模|a×b|=|a|| b| sin <a,b>,其中<a,b>表示向量a,b的夹角.则下列说法正确 的是(  ) A. △ABC的面积为| × | B. 若a,b为非零向量,且|a×b|=a·b,则<a,b>= C. 已知点A(0,1),B(-1, ),O为坐标原点,则| × | = D. 若|a×b|= a·b= ,则|a+2b|的最小值为2 √ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 数学·必修第二册(BSD) 目 录 解析:S△ABC= | || | sin < , >= | × |,A错误;若a,b为非零向量,由|a×b|=a·b,得|a||b| sin <a,b>=|a||b| cos <a,b>,即 sin <a,b>= cos <a,b>,又<a,b>∈[0,π],所以<a,b>= ,B正确;因为点A(0,1),B(-1, ),所以 =(0,1), =(-1, ),所以| |=1,| |= =2,所以 cos < , >= = = ,又< , >∈[0,π], 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 数学·必修第二册(BSD) 目 录 所以< , >= ,所以| × |=| || | sin < , >=1×2× sin =1,C错误;由|a×b|= a·b= ,得|a||b|· sin <a,b>= |a||b| cos <a,b>= ,得tan<a,b>= ,a·b=1,所以<a,b>= ,所以|a||b|=2,则|a+2b|= ≥ = =2 ,当且仅当|a|=|2b|,即|a|=2,|b|=1时取“=”,D正确. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 数学·必修第二册(BSD) 目 录 13. 如图,在△OAB中,P为线段AB上的一点, =x +y ,且 =4 ,则x=  ​  ,y=  ​  . 解析:由 =4 ,得 - =4( - ),即 = + , 所以x= ,y= . ​ ​ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 数学·必修第二册(BSD) 目 录 14. 已知单位向量a,b,则|a-2b|的取值范围为 ⁠. 解析:设向量a与b的夹角为θ,则(a-2b)2=a2+4b2-4a·b=5-4 cos θ,因为 cos θ∈[-1,1],所以(a-2b)2∈[1,9],所以|a- 2b|∈[1,3]. [1,3] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 数学·必修第二册(BSD) 目 录 15. 设两个向量e1,e2满足|e1|=2,|e2|=1,e1与e2的夹角为 ,若 向量2te1+7e2与e1+te2的夹角为钝角,则实数t的取值范围为 ⁠ ⁠. (-7,- )∪(- ,- ) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 数学·必修第二册(BSD) 目 录 解析:由向量2te1+7e2与e1+te2的夹角为钝角,得 <0,即(2te1+7e2)·(e1+te2)<0,化简可得 2t2+15t+7<0,解得-7<t<- .当夹角为π时,也有(2te1+ 7e2)·(e1+te2)<0,但此时夹角不是钝角,设2te1+7e2=λ(e1+ te2),λ<0,可得 解得 ∴所求实数t的取值范围 是(-7,- )∪(- ,- ). 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 数学·必修第二册(BSD) 目 录 16. 如图,已知正六边形ABCDEF的边长为2,对称中心为O,以O为圆心 作半径为1的圆,点M为圆O上任意一点,则 · 的取值范围为 ⁠ ⁠. [- 8,0] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 数学·必修第二册(BSD) 目 录 解析:法一(定义法) 如图1所示,连接OM,OC, 设< , >=θ,依题意得AD=2AB=4,OC= 2,OM=1,< , >= ,则 · = · ( - )= · - · =4×1× cos θ- 4×2× cos =4 cos θ-4.因为θ∈[0,π],所以-1≤ cos θ≤1,所 以-8≤ · ≤0. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 数学·必修第二册(BSD) 目 录 法二(坐标法) 如图2,以O为坐标原点,以AD所在直线为x轴,过O且和AD垂直的直线为y轴建立平面直角坐标系,则A(-2,0),D(2,0),C(1,- ).因为圆O的半径为1,所以可设M( cos θ, sin θ),所以 =(4,0), =( cos θ-1, sin θ+ ),所以 · =4 cos θ-4,又-1≤ cos θ≤1,所以-8≤ · ≤0. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 数学·必修第二册(BSD) 目 录 法三(投影向量法) 如图3所示,设< , >=θ,由题意得AD=2AB=4,则 · =| || |· cos θ=4| | cos θ.| | cos θ可看成是 在 上的投影数量,记AD与圆O分别相交于点G,N,当点M与G重合时| | cos θ最小,最小值为-2,当点M与N重合时| | cos θ最大,最大值为0,故-8≤ · ≤0. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 数学·必修第二册(BSD) 目 录 17. 已知向量a=(2,1),b=(4,-3). (1)若(a-2b)⊥(λa+b),求λ的值; 解:因为a=(2,1),b=(4,-3), 所以a-2b=(-6,7),λa+b=(2λ+4,λ-3). 又(a-2b)⊥(λa+b), 所以-6(2λ+4)+7(λ-3)=0, 解得λ=-9. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 数学·必修第二册(BSD) 目 录 (2)若c=(1,μ),向量a与c的夹角为锐角,求μ的取值范围. 解:因为向量a与c的夹角为锐角, 所以a·c>0且a与c不共线. 所以 解得μ>-2且μ≠ . 所以μ的取值范围为(-2, )∪( ,+∞). 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 数学·必修第二册(BSD) 目 录 18. 已知向量a=(2+ sin x,1),b=(2,-2),c=( sin x-3, 1),d=(1,k)(x∈R,k∈R). (1)若x∈ ,且a∥(b+c),求x的值; 解:∵b+c=( sin x-1,-1),a∥(b+c), ∴-(2+ sin x)= sin x-1,即 sin x=- . 又x∈ ,∴x=- . 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 数学·必修第二册(BSD) 目 录 (2)若函数f(x)=a·b,求f(x)的最小值; 解:∵a=(2+ sin x,1),b=(2,-2), ∴f(x)=a·b=2(2+ sin x)-2=2 sin x+2. ∵x∈R,∴-1≤ sin x≤1,∴0≤f(x)≤4, ∴f(x)的最小值为0. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 数学·必修第二册(BSD) 目 录 (3)是否存在实数k,使得(a+d)⊥(b+c)?若存在,求出k的取 值范围;若不存在,请说明理由. 解:∵a+d=(3+ sin x,1+k),b+c=( sin x-1,-1), 若(a+d)⊥(b+c),则(a+d)·(b+c)=0, 即(3+ sin x)( sin x-1)-(1+k)=0, ∴k= sin 2x+2 sin x-4=( sin x+1)2-5, 由 sin x∈[-1,1],得k∈[-5,-1], ∴存在k∈[-5,-1],使得(a+d)⊥(b+c). 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 数学·必修第二册(BSD) 目 录 $

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第2章 5 培优课 平面向量中的最值、范围问题-【优学精讲】2025-2026学年高中数学必修第二册教用课件(北师大版)
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第2章 5 培优课 平面向量中的最值、范围问题-【优学精讲】2025-2026学年高中数学必修第二册教用课件(北师大版)
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