内容正文:
第六章
平面向量及其应用
6.3.5 平面向量数量积的坐标表示(第二课时)
复习回顾
问题引领,深入思考
1.公式a·b=|a||b|cos θ与a·b=x1x2+y1y2有什么区别与联系?
答:两个公式都是用来求两向量的数量积的,没有本质区别,只是书写形式的差异,可以相互推导;若题目给出的是两向量的模与夹角,则可直接利用a·b=|a||b|cos θ求解,若已知两向量的坐标,则可选用a·b=x1x2+y1y2求解.
问题引领,深入思考
2.如何对比记忆平行与垂直的条件?
答:已知非零向量a=(x1,y1),b=(x2,y2).
若a∥b⇔x1y2=x2y1;
若a⊥b⇔x1x2=-y1y2.
两个命题不能混淆,可以对比记忆,分别简记为:纵横交错积相等,横横纵纵积相反.
问题引领,深入思考
3.对于任意的非零向量a=(x,y),如何用坐标表示与向量a同向的单位向量?
问题引领,深入思考
4.若两个非零向量的夹角θ满足cos θ>0,则两向量的夹角θ一定是锐角,对吗?
答:不对,当两向量同向共线时,cos θ=1>0,但夹角θ=0,不是锐角.
题型一——数量积的坐标运算
例 1 已知向量a=(-1,2),b=(3,2).
(1)求a·(a-b);
【解析】 (1)方法一:∵a=(-1,2),b=(3,2),
∴a-b=(-4,0).
∴a·(a-b)=(-1,2)·(-4,0)=(-1)×(-4)+2×0=4.
方法二:a·(a-b)=a2-a·b=(-1)2+22-[(-1)×3+2×2]=4.
页面统一为16:9宽幅画面比例尺寸;PPT统一格式为PPT或PPTX。
请注意:
1. 课名:微软雅黑48号字;
2.(第一课时):微软雅黑32号字;
3.学校名称:请填写全称;
4.学科、年级、主讲人、学校:华文楷体28号字(具体根据文字量可适当调整)。
英文
1.课名:字体以Times New Roman为主,字号一般使用32—36号,特别强调可以用40号;
2.(Period 1):字体使用Arial,字号为28;
3.正文一般用24—28号,特别强调可用32号。
注意标点的规范(例如:中文省略号为……,可用Shift+数字键6打出中文省略号,英文省略号为…)
7
题型一——数量积的坐标运算
(2)求(a+b)·(2a-b);
【解析】 (2)∵a+b=(-1,2)+(3,2)=(2,4),2a-b=2(-1,2)-(3,2)=(-2,4)-(3,2)=(-5,2),
∴(a+b)·(2a-b)=(2,4)·(-5,2)=2×(-5)+4×2=-2.
(3)若c=(2,1),求(a·b)c.
【解析】 (3)(a·b)c=[(-1,2)·(3,2)](2,1)=(-1×3+2×2)(2,1)=(2,1).
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8
总结
利用坐标运算求数量积的方法:
(1)先将各向量用坐标表示,再直接进行数量积运算.
(2)先利用数量积的运算律将原式展开,再依据已知计算.
巩固练习
若a=(2,3),b=(-4,3),则向量a在向量b上的投影
向量的坐标为____________.
题型二
5
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11
题型二
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12
总结
对于以平面几何图形为背景的数量积运算的问题,若平面几何图形有明显的能建立平面直角坐标系的条件,则建立平面直角坐标系,利用数量积的坐标运算公式求数量积.
巩固练习
巩固练习
巩固练习
题型三——平面向量的模
√
例 3
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题型三——平面向量的模
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总结
巩固练习
√
巩固练习
(2)已知a=(2,1),b=(1,2),要使|a+tb|最小,则实数t的值为________.
题型四——向量的夹角及垂直问题
√
例 4
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题型四——向量的夹角及垂直问题
√
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题型四——向量的夹角及垂直问题
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题型四——向量的夹角及垂直问题
(3)已知向量a=(1,-3),b=(4,-2),若λa-b与b垂直,则λ=( )
A.-1 B.1
C.-2 D.2
√
【解析】 ∵λa-b=λ(1,-3)-(4,-2)=(λ-4,-3λ+2),λa-b与b垂直,∴(λa-b)·b=4(λ-4)-2(-3λ+2)=0,解得λ=2.故选D.
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英文
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总结
巩固练习
√
巩固练习
√
巩固练习
当堂检测
1.若a=(3,1),b=(x,-3),且a⊥b,则x=( )
A.-3 B.-1
C.1 D.3
√
解析 ∵a⊥b,∴a·b=0,即3x-3=0,∴x=1.
当堂检测
2.已知A(2,1),B(3,2),C(-1,4),则△ABC是( )
A.锐角三角形 B.直角三角形
C.钝角三角形 D.任意三角形
√
当堂检测
3.若a=(-4,3),b=(5,6),则3|a|2-4a·b等于( )
A.23 B.57
C.63 D.83
√
解析 3|a|2-4a·b=3[(-4)2+32]-4(-4×5+3×6)=83.
当堂检测
4.【多选题】已知a,b为非零向量,且a=(x1,y1),b=(x2,y2),则下列命题中与a⊥b等价的为( )
A.a·b=0 B.x1x2+y1y2=0
C.|a+b|=|a-b| D.a2-b2=(a-b)2
√
√
√
解析 在C中,|a+b|=|a-b|⇔|a+b|2=|a-b|2⇔a2+2a·b+b2=a2-2a·b+b2⇔a·b=0.
在D中,a2-b2=a2-2a·b+b2,即2a·b=2b2≠0,∴a与b不垂直.
当堂检测
5.已知平面向量a=(2,4),b=(-1,2).若c=a-(a·b)b,则|c|=________.
用数学的眼光看世界
向量数量积的坐标表示,设a=(x1,y1),b=(x2,y2)
数量积的坐标表示
两个向量的数量积等于它们对应坐标的乘积的和,即a·b=x1x2+y1y2
向量模公式
|a|=2,1)eq \r(x+yeq \o\al(2,1))
两点间距离公式
若A(x1,y1),B(x2,y2),则
|AB|=eq \r((x1-x2)2+(y1-y2)2)
向量的夹角公式
若a与b都是非零向量,θ是a与b的夹角,则cos θ=eq \f(a·b,|a||b|)=2,1)eq \f(x1x2+y1y2,\r(x+yeq \o\al(2,1))\r(xeq \o\al(2,2)+yeq \o\al(2,2)))
向量垂直的充要条件
若a与b都是非零向量,则a⊥b⇔x1x2+y1y2=0
答:记与向量a同向的单位向量为a0,则a0=eq \f(a,|a|),且|a|=eq \r(x2+y2),所以a0=eq \f(a,|a|)=eq \f(1,\r(x2+y2))(x,y)=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(x,\r(x2+y2)),\f(y,\r(x2+y2)))),此为与向量a=(x,y)同向的单位向量.
【解析】 a·b=(2,3)·(-4,3)=-8+9=1,
|b|=eq \r((-4)2+32)=5.
eq \f(b,|b|)=eq \f((-4,3),5)=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(4,5),\f(3,5))),
∴向量a在向量b上的投影向量为eq \f(a·b,|b|)·eq \f(b,|b|)=eq \f(1,5)·eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(4,5),\f(3,5)))=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(4,25),\f(3,25)))
eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(4,25),\f(3,25)))
例 2 如图,在矩形ABCD中,AB=3,BC=2,点M,N分别在DC,BC上,且DM=eq \f(1,2)MC,BN=eq \f(1,2)BC,则eq \o(AM,\s\up16(→))·eq \o(AN,\s\up16(→))=________.
【思路】 可利用向量分解的方法,将eq \o(AM,\s\up16(→)),eq \o(AN,\s\up16(→))用基底{eq \o(AB,\s\up16(→)),eq \o(AD,\s\up16(→))}表示,然后利用运算律计算求解,也可建立平面直角坐标系,利用坐标运算求解.
【解析】 方法一:eq \o(AM,\s\up16(→))·eq \o(AN,\s\up16(→))=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\o(AD,\s\up16(→))+\f(1,3)\o(AB,\s\up16(→))))·eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\o(AB,\s\up16(→))+\f(1,2)\o(AD,\s\up16(→))))=0+eq \f(1,2)×22+eq \f(1,3)×32+0=5.
方法二:以A为原点,eq \o(AB,\s\up16(→)),eq \o(AD,\s\up16(→))的方向分别为x,y轴的正方向建立平面直角坐标系,则A(0,0),M(1,2),N(3,1),
于是eq \o(AM,\s\up16(→))=(1,2),eq \o(AN,\s\up16(→))=(3,1),故eq \o(AM,\s\up16(→))·eq \o(AN,\s\up16(→))=5.
如图,在矩形ABCD中,AB=eq \r(2),BC=2,点E为BC的中点,点F在边CD上,且eq \o(DF,\s\up16(→))=2eq \o(FC,\s\up16(→)),则eq \o(AE,\s\up16(→))·eq \o(BF,\s\up16(→))的值是________.
eq \f(4,3)
【解析】 方法一:∵eq \o(AE,\s\up16(→))=eq \o(AB,\s\up16(→))+eq \o(BE,\s\up16(→)),eq \o(BF,\s\up16(→))=eq \o(BC,\s\up16(→))+eq \o(CF,\s\up16(→)),∴eq \o(AE,\s\up16(→))·eq \o(BF,\s\up16(→))=(eq \o(AB,\s\up16(→))+eq \o(BE,\s\up16(→)))·(eq \o(BC,\s\up16(→))+eq \o(CF,\s\up16(→)))=eq \o(AB,\s\up16(→))·eq \o(BC,\s\up16(→))+eq \o(AB,\s\up16(→))·eq \o(CF,\s\up16(→))+eq \o(BE,\s\up16(→))·eq \o(BC,\s\up16(→))+eq \o(BE,\s\up16(→))·eq \o(CF,\s\up16(→))
=0+eq \o(AB,\s\up16(→))·eq \f(1,3)
eq \o(BA,\s\up16(→))+eq \f(1,2)
eq \o(BC,\s\up16(→))·eq \o(BC,\s\up16(→))+0
=-eq \f(1,3)
eq \o(AB,\s\up16(→))2+eq \f(1,2)
eq \o(BC,\s\up16(→))2=-eq \f(1,3)×2+eq \f(1,2)×4=eq \f(4,3).
方法二:以A为原点,AB所在直线为x轴,AD所在直线为y轴建立如图所示的平面直角坐标系.
∵AB=eq \r(2),BC=2,
∴A(0,0),B(eq \r(2),0),C(eq \r(2),2),D(0,2).
∵点E为BC的中点,∴E(eq \r(2),1).
∵点F在边CD上,且eq \o(DF,\s\up16(→))=2eq \o(FC,\s\up16(→)),
∴Feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2\r(2),3),2)),∴eq \o(AE,\s\up16(→))=(eq \r(2),1),eq \o(BF,\s\up16(→))=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(\r(2),3),2)),
∴eq \o(AE,\s\up16(→))·eq \o(BF,\s\up16(→))=-eq \f(2,3)+2=eq \f(4,3).
(1)平面向量a与b的夹角为60°,a=(2,0),|b|=1,则|a+2b|=( )
A.eq \r(3)
B.2eq \r(3)
C.4
D.12
【解析】 因为a=(2,0),|b|=1,所以|a|=2,a·b=2×1×cos 60°=1,故|a+2b|=eq \r(a2+4a·b+4b2)=2eq \r(3).
(2)已知向量a=(cos θ,sin θ),向量b=(eq \r(3),0),则|2a-b|的最大值为________.
2+eq \r(3)
【解析】 2a-b=(2cos θ-eq \r(3),2sin θ),
|2a-b|=eq \r((2cos θ-\r(3))2+(2sin θ)2)
=eq \r(4cos2θ-4\r(3)cos θ+3+4sin2θ)
=eq \r(7-4\r(3)cos θ),
当cos θ=-1时,|2a-b|取最大值2+eq \r(3).
(1)求向量a=(x,y)的模的常见思路及方法:
①求模问题一般转化为求模的平方,与向量数量积联系要灵活应用公式a2=|a|2=x2+y2,求模时,勿忘记开方.
②a·a=a2=|a|2或|a|=eq \r(a2)=eq \r(x2+y2),此性质可用来求向量的模,可以实现实数运算与向量运算的相互转化.
(2)与非零向量a共线的单位向量为±eq \f(a,|a|).
(1)已知向量a=(2,1),a·b=10,|a+b|=5eq \r(2),则|b|等于( )
A.eq \r(5)
B.eq \r(10)
C.5
D.25
【解析】 ∵a=(2,1),∴a2=22+12=5.又|a+b|=5eq \r(2),∴(a+b)2=50,
∴a2+2a·b+b2=50,
即5+2×10+b2=50,∴b2=25,∴|b|=5.
-eq \f(4,5)
【解析】 ∵a+tb=(2+t,1+2t),∴|a+tb|=eq \r((t+2)2+(2t+1)2)=eq \r(5\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(t+\f(4,5)))\s\up22(2)+\f(9,5)).∴当t=-eq \f(4,5)时,|a+tb|有最小值eq \f(3\r(5),5).
(1)已知|a|=1,b=(0,2),且a·b=1,则向量a与b夹角的大小为( )
A.eq \f(π,6)
B.eq \f(π,4)
C.eq \f(π,3)
D.eq \f(π,2)
【解析】 设a与b的夹角为θ,由b=(0,2)可知,|b|=2,则cos θ=eq \f(a·b,|a||b|)=eq \f(1,2).因为θ∈[0,π],所以θ=eq \f(π,3).故选C.
(2)已知点A(3,0),B(0,3),C(cos α,sin α),O(0,0),若|eq \o(OA,\s\up16(→))+eq \o(OC,\s\up16(→))|=eq \r(13),α∈(0,π),则eq \o(OB,\s\up16(→))与eq \o(OC,\s\up16(→))的夹角为( )
A.eq \f(π,2)
B.eq \f(π,4)
C.eq \f(π,3)
D.eq \f(π,6)
【解析】 因为|eq \o(OA,\s\up16(→))+eq \o(OC,\s\up16(→))|2=(eq \o(OA,\s\up16(→))+eq \o(OC,\s\up16(→)))2=eq \o(OA,\s\up16(→))2+2eq \o(OA,\s\up16(→))·eq \o(OC,\s\up16(→))+eq \o(OC,\s\up16(→))2=9+6cos α+1=13,∴cos α=eq \f(1,2),因为α∈(0,π),所以α=eq \f(π,3),所以Ceq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2),\f(\r(3),2))),
设eq \o(OB,\s\up16(→))与eq \o(OC,\s\up16(→))的夹角为θ,所以cos θ=eq \f(\o(OB,\s\up16(→))·\o(OC,\s\up16(→)),|\o(OB,\s\up16(→))||\o(OC,\s\up16(→))|)=eq \f(3×\f(\r(3),2),3×1)=eq \f(\r(3),2),
因为0≤θ≤π,所以θ=eq \f(π,6),
所以eq \o(OB,\s\up16(→))与eq \o(OC,\s\up16(→))的夹角为eq \f(π,6).故选D.
(1)利用向量的数量积求两向量夹角的一般步骤:
①利用向量的坐标求出这两个向量的数量积.
②利用|a|=eq \r(x2+y2)求两向量的模.
③代入夹角公式求cos θ,并根据θ的范围确定θ的值.
(2)若a=(x1,y1),b=(x2,y2)均为非零向量,a⊥b,则x1x2+y1y2=0.
(1)已知a,b为平面向量,a=(4,3),2a+b=(3,18),则a,b夹角θ的余弦值等于( )
A.eq \f(8,65)
B.-eq \f(8,65)
C.eq \f(16,65)
D.-eq \f(16,65)
【解析】 设b=(x,y),则2a+b=(8+x,6+y)=(3,18),解得x=-5,y=12,故b=(-5,12),则cos θ=eq \f(a·b,|a||b|)=eq \f(16,65).故选C.
(2)已知向量a=(1,2),b=(2,-3).若向量c满足(c+a)∥b,c⊥(a+b),则c=( )
A.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(7,9),\f(7,3)))
B.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(7,3),-\f(7,9)))
C.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(7,3),\f(7,9)))
D.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(7,9),-\f(7,3)))
【解析】 设c=(m,n),则a+c=(1+m,2+n),a+b=(3,-1).
由(c+a)∥b,得2(2+n)-(-3)(1+m)=0①,
由c⊥(a+b),得3m-n=0②.
联立①②,解得eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(m=-\f(7,9),,n=-\f(7,3).))∴c=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(7,9),-\f(7,3))).
解析 cos A=eq \f(\o(AB,\s\up16(→))·\o(AC,\s\up16(→)),|\o(AB,\s\up16(→))||\o(AC,\s\up16(→))|)=eq \f((1,1)·(-3,3),\r(2)×3\r(2))=0,则A=eq \f(π,2).故选B.
8eq \r(2)
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