内容正文:
第31讲 平面向量的概念及其线性运算
1
1.通过对力、速度、位移等的分析,了解平面向量的实际背景,理解平
面向量的意义和两个向量相等的含义.
2.理解平面向量的几何表示和基本要素.
3.借助实例和平面向量的几何表示,掌握平面向量加、减运算及运算
规则,理解其几何意义.
4.通过实例分析,掌握平面向量数乘运算及运算规则,理解其几何意义,
理解两个平面向量共线的含义.
5.了解平面向量的线性运算性质及其几何意义.
课 标 要 求
2
1.向量的有关概念及表示
名称 定义 表示
向量 既有______又有______的量 用,,,…或, ,…
表示
向量的长
度(模) 向量的______称为向量的长度
(或称模) ____或_____
零向量 长度为0的向量 记作___
单位向量 长度等于_____________的向量 用表示, ___
大小
方向
大小
1个单位长度
1
◆ 知识聚焦 ◆
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3
名称 定义 表示
相等向量 ______相等且______相同的
向量 向量和 相等,记作
_______
两个向量
平行(或共线) 方向______或______的非零向
量叫作平行向量,平行向量也叫
作共线向量 两个向量和 平行,记
作______,零向量与任
意向量______
长度
方向
相同
相反
平行
续表
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4
2.向量的线性运算#2
运算 定义 法则(或几何意义) 运算律
加法 求两个向量
和的运算 _________________________________
三角形法则
_________________________________
平行四边形法则 ①交换律:
;
②结合律:
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5
运算 定义 法则(或几何意义) 运算律
减法 求两个向量
差的运算 __________________________________________________
三角形法则
续表
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6
运算 定义 法则(或几何意义) 运算律
数乘 求实数 与
向量 的积
的运算 (1) .
(2)当时, 的方
向与 的方向相同;当
时,的方向与 的
方向相反;当 时,
;
;
特别注意向量数乘的特殊情况:当时,;当 时,
.实数和向量可以求积,但是不能求和、求差.#2.1.1
续表
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7
3.向量共线的充要条件
向量与共线的充要条件是:存在唯一一个实数 ,使
.(口诀:数乘即得平行,平行必有数乘)
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8
常用结论
1.中点公式的向量形式:若为线段的中点, 为平面内任意一点,
则 .
2.若,,是平面内不共线的三点,则 为
的重心, .
3.已知 , 为实数,若,, 三点共线,则
.#4.3
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9
4.向量三角不等式
①已知非零向量,,则(当与 反向
共线时左边等号成立;当与 同向共线时右边等号成立);
②已知非零向量,,则(当与 同向
共线时左边等号成立;当与 反向共线时右边等号成立).#4.4.2
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10
题组一 常识题
1.[教材改编]给出下列各式: ;
; ;
.其中化简结果正确的是________.(填序号)
①②③
[解析] ,①正确;
,②正确;
,③正确;
,④错误.故填①②③.
◆ 对点演练 ◆
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2.[教材改编]已知的对角线和交于点 ,且
,,则______,________.(用, 表示)
[解析] 如图, ,
.
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3.[教材改编]已知,是两个不共线的向量,向量 ,
共线,则实数 __.
[解析] 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,
因为, 不共线,所以,解得 .
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题组二 常错题
◆ 索引:对向量的概念理解不清致误;对向量相等的隐含条件挖掘
不全致误;忽视两向量的方向关系致误.
4.已知平面向量,,则“或”是“ ”的________
_____条件.(填“充分不必要”“必要不充分”“充要”或“既不充分也不
必要”)
充分不
必要
[解析] 若或,则;
反之,若 ,因为两个向量的方向不确定,
所以不能推出或.
所以“ 或”是“ ”的充分不必要条件.
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14
5.已知平面四边形中,满足,则四边形 是_____
_______.
平行
四边形
[解析] 在平面四边形中,因为,
所以 ,且,
所以四边形 是平行四边形.
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15
6.已知向量,,若,,则 的取值范围为______.
[解析] 当与方向相同时,;
当与 方向相反时,;
当与不共线时,.
所以 的取值范围为 .
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探究点一 平面向量的基本概念
例1(1)(多选题)下列说法中正确的有( )
A.向量的长度与向量 的长度相等
B.若向量与平行,则与 的方向相同或相反
C.两个有共同起点且相等的向量,其终点必相同
D.两个有公共终点的向量一定是共线向量
[思路点拨]根据平面向量的基本概念,对给出的说法进行分析,判断
正误即可.
√
√
课 堂 考 点 探 究
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[解析] 对于A,向量的长度与向量 的长度相等,方向相反,故A正
确;
对于B,当向量与平行,且或为零向量时,不满足与 的方向相
同或相反,故B错误;
对于C,两个有共同起点且相等的向量,其终点必相同,故C正确;
对于D,两个有公共终点的向量不一定是共线向量,故D错误.故选 .
课 堂 考 点 探 究
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(2)已知,都是非零向量,则下列四个选项中为“ ”的充分
条件的是( )
A. B.
C. D.且
[思路点拨],分别表示与, 方向相同的单位向量,
因此等价于与 同向,据此可得答案.
[解析] 等价于与同向,当时,能推出与 同向,
故选A.
√
课 堂 考 点 探 究
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[总结反思]
(1)解决向量的概念问题要注意两点:一是不仅要考虑向量的大小,
还要考虑向量的方向;二是考虑零向量是否也满足条件,要特别注意零
向量的特殊性.
(2)不改变向量的大小和方向,自由平移,平移后的向量与 相等.
(3)非零向量的平行具有传递性.
(4)是与 同方向的单位向量.
课 堂 考 点 探 究
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变式题(1)如图所示,在等腰梯形 中,
,对角线,交于点,过点 作
,交于点,交于点 ,则在以
,,,,,, 为起点和终点的所有
有向线段表示的向量中,相等向量有___对.
2
[解析] 由可知,,所以 ,所以.
因为,所以,,
所以 ,所以.
又,,三点共线,所以, ,
故相等向量有2对.
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(2)(多选题)下列说法正确的是( )
A.若和都是单位向量,则
B.相等的两个向量一定是共线向量
C.若,,则
D.两个非零向量的和可以是零向量
[解析] 对于A,,都是单位向量只能得出,, 的方向不一
定相同,得不出 ,故A错误;
对于B,相等的两个向量一定是共线向量,故B正确;
对于C,若,,则当 时,得不出 ,故C错误;
对于D,两个非零向量的和还是向量,当两个向量的长度相等且
方向相反时,和为零向量,故D正确.故选 .
√
√
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22
探究点二 平面向量的线性运算背景问题
微点1 平面向量的加、减运算的几何意义
例2 已知非零向量,,,则“, ”是“
”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
[思路点拨]根据充分性、必要性的定义,结合向量减法的几何意
义判断条件间的推出关系,即可得到答案.
√
课 堂 考 点 探 究
23
[解析] 如图,由, ,
得 ,充分性成立;
当时,不一定有, ,
必要性不成立.
综上,“, ”是“ ”的
充分不必要条件.故选A.
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[总结反思]
利用向量加、减法的几何意义解决问题通常有两种方法:
(1)根据两个向量的和与差,构造相应的平行四边形或三角形,再结
合其他知识求解相关问题;
(2)平面几何中如果出现平行四边形(或三角形)或可能构造出平
行四边形(或三角形)的问题,可考虑利用向量知识来求解.
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微点2 平面向量的线性运算
例3 在平行四边形中,已知,,则
( )
A. B.
C. D.
[思路点拨]思路一:在,, 中分别利用向量加法
的三角形法则表示,,,再线性运算表示出 .
思路二:在中利用向量加法的三角形法则表示 ,再根据向
量相等即可表示出 .
√
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[解析] 在平行四边形中,有, .
方法一: .
方法二: .故选D.
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[总结反思]
向量线性运算的解题策略:
(1)常用的法则是平行四边形法则和三角形法则,一般共起点的向量
求和用平行四边形法则,求差用三角形法则,求首尾相连的向量的和用
三角形法则.
(2)找出图形中的相等向量、共线向量,将所求向量与已知向量转化
到同一个平行四边形或三角形中求解.
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微点3 利用向量的线性运算求参数
例4 [2025·湖北鄂南高级中学等三校4月联考] 在平行四边形 中,
点是边上的点,,点是线段 的中点,若
,则 ___.
[思路点拨]由及 即可求解.
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[解析] 因为点是线段的中点,所以 ,
又 ,
所以 ,
所以 .
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[总结反思]
解决与向量的线性运算有关的参数问题,一般是通过向量的运算将向
量表示出来,然后通过比较或建立方程组即可求得相关参数的值.
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31
应用演练
1.[2022·新高考全国Ⅰ卷]在中,点在边上, .记
,,则 ( )
A. B. C. D.
[解析] 因为点在边上,,
所以 ,
所以,
所以 .
√
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2.若点是 所在平面内的一点,且满足
,则 的形状为( )
A.等腰直角三角形 B.直角三角形
C.等腰三角形 D.等边三角形
[解析] ,
,,
故,, 为矩形的三个顶点, 为直角三角形.故选B.
√
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3.(多选题)在中,记,,已知点在直线
上,且.若,则 的值可能为( )
A. B. C. D.2
√
√
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[解析] 当点在线段 上时,如图①,
, 此时.
当点在线段 的延长线上时,如图②,
,此时.
故选 .
课 堂 考 点 探 究
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4.在中,已知,且,则
___.
4
[解析] 将,代入 ,
得 ,
整理得,
又 ,所以,解得 .
课 堂 考 点 探 究
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探究点三 共线向量定理及应用
例5(1)[2025·福建泉州模拟]已知向量, 不共线,
,,其中,,若,, 三点共
线,则 的最小值为( )
A.5 B.4 C.3 D.2
[思路点拨]由平面向量的共线定理可得 ,再结合基本不等
式即可求得答案.
√
课 堂 考 点 探 究
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[解析] 因为,,三点共线,所以存在实数,使 ,
即,
又向量,不共线,
所以 整理得.
因为,,所以 ,
当且仅当时取等号,
所以 的最小值为4.故选B.
课 堂 考 点 探 究
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(2)已知是所在平面内的一点,若 ,其中
,则点 一定在( )
A.的内部 B. 边所在直线上
C.边所在直线上 D. 边所在直线上
[思路点拨]将化为 ,根据共线向量定理
可判定.
[解析] 由,得,即 ,
则,为共线向量,
又,有一个公共点,所以,, 三点共线,
即点在 边所在直线上.故选B.
√
课 堂 考 点 探 究
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[总结反思]
利用共线向量定理解题的方法
(1) 是判定两个向量共线的主要依据.若
,则与共线,且当时,与同向;当时,与
反向.
课 堂 考 点 探 究
40
(2)若与不共线且,则 .
(3)要证明,,三点共线,只需证明与 共线,即证
.若已知,,三点共线,则必有与 共线,
从而存在实数 ,使得 .
(4) , 为实数,若,, 三点共线,则
.
课 堂 考 点 探 究
变式题(1)已知点,,是直线上相异的三点,为直线 外一点,
且,则 的值是( )
A. B.1 C. D.
[解析] 由,得,
因为点,, 是直线上相异的三点,即点,,三点共线,
所以 ,解得 .故选A.
√
课 堂 考 点 探 究
42
(2)点是所在平面内一点,满足 ,
若为的中点,则 的值为__.
[解析] 因为,所以 ,
由为的中点,得,
所以,所以 是线段上靠近点的四等分点,
则 ,
又,所以 .
课 堂 考 点 探 究
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【备选理由】例1考查对平面向量加、减运算几何意义的理解以及数
形结合思想的运用.
例1 [配例2使用]若非零不共线的向量,满足 ,则
( )
A. B.
C. D.
√
教 师 备 用 习 题
44
[解析] 非零向量,满足 ,可考虑构造等腰三角形,
设,,则,则 .
在图①中,延长到点,使,连接,
则, ,不能比较与的大小;
在图②中,延长到点,使 ,连接,
则,
所以为直角三角形,且 ,
易知, ,
由三角形中大角对大边,得 .故选C.
教 师 备 用 习 题
45
例2 [配例3使用]已知, 为两个不共线的向量,
,,则__________.(用,
表示)
[解析] 因为, ,
所以 .
【备选理由】例2考查了平面向量的线性运算.
教 师 备 用 习 题
46
例3 [配例4使用][2025·江苏徐州一中打靶
卷]如图,在中,已知,分别是,
上的点,且满足,,
与交于点,连接并延长,交于点 .若
,则实数 的值为( )
A.2 B. C. D.3
√
【备选理由】例3考查利用向量的线性运算求参数.
教 师 备 用 习 题
47
[解析] 由,, 三点共线,
由, , 三点共线,可设 ,,
所以 .
设 , ,
所以
.
教 师 备 用 习 题
48
由①②可得解得
故.
因为 ,所以,
又,, 三点共线,所以,解得 .故选B.
教 师 备 用 习 题
例4 [配例5使用]点是 所在平面上一点,若
,则与 的面积的比值是__.
【备选理由】例4考查共线向量定理及应用.
教 师 备 用 习 题
50
[解析] 如图,延长交于点,
设 ,则,
因为,, 三点共线,所以,解得,
所以 ,,
则 , .
由,得 ,即 ,
所以,所以,所以 .
教 师 备 用 习 题
51
作业手册
52
◆ 基础热身 ◆
1.设是正方形的中心,则向量,,, 是( )
A.相等向量 B.平行向量
C.有相同起点的向量 D.模相等的向量
√
[解析] 如图所示,
易知向量,,, 是模相等的向量.故选D.
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2.下列说法中正确的是( )
A.若,都为非零向量,则使成立的条件是与 反向共线
B.若,则
C.两个具有公共终点的向量,一定是共线向量
D.若向量与向量是共线向量,则,,, 四点在同一条直线上
√
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[解析] 因为与都是单位向量,所以当与是相反向量,
即 与反向共线时, 成立,故A正确;
向量不能比较大小,故B错误;
两个具有公共终点的向量不一定是共线向量,故C错误;
共线向量所在的直线可以重合,也可以平行,
则,,, 四点不一定在同一条直线上,故D错误.故选A.
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3.如图,, 为互相垂直的单位向量,则向量
可表示为( )
A. B.
C. D.
[解析] 由题意得, , ,
所以 .故选D.
√
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4.[2025·海南三亚一模]已知四边形为平行四边形,为 的中
点,记,,则 ( )
A. B. C. D.
[解析] 因为为的中点,
所以 ,
所以 .故选C.
√
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5.[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.
[解析] ,
所以,即,
所以 ,即 故选D.
√
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6.(多选题)下列各式能化简为 的是( )
A. B.
C. D.
[解析] 对于A, ,A符合题意;
对于B, ,
B符合题意;
对于C,
, C符合题意;
对于D, ,D不符合题意.
故选 .
√
√
√
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7.已知向量,满足,,则 的取值范围为______.
[解析] 当和方向相同时, 取得最大值,
此时;
当和方向相反时, 取得最小值,
此时.
故 的取值范围是 .
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8.若向量,不共线,且,则 的值为___.
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[解析] 因为,不共线,且,
所以存在 ,使得,
所以,
所以 消去 ,得 .
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9.已知向量,不共线,, ,
.
(1)若,求 的值;
解: ,
,
易知 ,, .
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(2)若,,三点共线,求 的值.
解:,,三点共线,
,即 ,
,又,不共线,
解得 .
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10.已知向量,不共线,, ,
,则( )
A.,,三点共线 B.,, 三点共线
C.,,三点共线 D.,, 三点共线
√
◆ 综合提升 ◆
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[解析] 由题得,, ,
所以,又与有公共点,
所以,, 三点共线,故A正确;
,,不存在 ,使,
所以 与不共线,即,,三点不共线,故B错误;
,,不存在 ,使,
所以与 不共线,即,,三点不共线,故C错误;
, ,不存在 ,使,
所以与不共线,即,, 三点不共线,故D错误.故选A.
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11.[2025·辽宁部分重点中学协作体二模]已知向量,满足 ,
,则 的最小值为( )
A.1 B.2 C.3 D.4
[解析] 由题意可得,
因为 ,
所以 ,
当且仅当与反向时,等号成立,
所以 的最小值为1.故选A.
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12.(多选题)已知等边三角形的边长为2, ,
,交于点 ,则下列说法正确的是
( )
A.若,则
B.若,则
C.若,则
D.若,则为 的中点
√
√
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[解析] 对于A,当 时,
,故A正确;
对于B,由,知此时为的重心,
所以, 分别是和的中点,所以,故B正确;
对于C,当 时,
, ,
则 ,故C错误;
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对于D,当 时,
设 ,
由,,三点共线,得,
解得 ,故D错误.故选 .
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13.在直角梯形中, , ,
,,点在线段上(点不与点, 重合),若
,则 的取值范围是_ _____.
[解析] 由题意可得,,,.
点在线段上(点不与点, 重合),
,且,
,即 .
, .
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[解析] 根据题意,延长至点,延长至点 , 延长
至点,使得, , ,如图所示.
由 ,得 .
连接,,,则点是 的重心,所以.
设,则 , ,
所以 .
14.已知点在 的内部,且满足,
则 _____.
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15.经过的重心的直线与,分别交于, 两点,设
, .
(1)证明: 为定值;
证明:连接,设, ,
由题意知 ,
, .
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因为,,三点共线,
所以存在实数 ,使得 ,
即,所以
消去 可得 .
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(2)求 的最小值.
解:由(1)知 ,
所以 ,
当且仅当时取等号,所以的最小值为 .
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16.(多选题)设点是 所在平面内一点,则下列说法正确的
是( )
A.若,则点是边 的中点
B.若,则点在 的延长线上
C.若,则点是 的重心
D.若,且,则的面积是 的
面积的
√
√
√
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[解析] 对于A,由 ,得,
所以,则 是边 的中点,所以A正确;
对于B,由,得 ,
所以 ,则点在的延长线上,所以B错误;
对于C,如图,设 的中点为,
则 ,
由重心的性质可知C正确;
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对于D,由,且 ,
得,且 ,
设,则 ,且,
可知,, 三点共线,
所以的面积是的面积的 ,所以D正确.
故选 .
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17.已知中,,, ,
,则 的最小值为_____.
[解析] 令,,则,
连接 ,因为,所以为等边三角形.
由题得 ,所以,,三点共线,
易知当垂直于时,最小,
则 的最小值为 .
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【知识聚焦】
1.大小 方向 大小 <m></m> <m></m> <m></m> 1个单位长度 1 长度 方向 <m></m>
相同 相反 </m> 平行
【对点演练】
1.①②③ 2.<m></m> <m></m> 3.<m></m> 4.充分不必要 5.平行四边形 6.<m></m>
课堂考点探究
例1(1)AC (2)A 变式题(1)2 (2)BD 例2 A 例3 D 例4 <m></m>
应用演练 1. B 2. B 3. BC 4. 4 例5(1)B (2)B 变式题(1)A (2)<m></m>
答 案 核 查
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基础热身
1.D 2.A 3.D 4.C 5.D 6.ABC 7.<m></m> 8.1
9.(1)m></m>.(2)<m></m>.
综合提升
10.A 11.A 12.AB 13.<m></m> 14.<m></m>
15.(1)证明略. (2)<m></m>.
能力拓展
16.ACD 17.<m></m>
答 案 核 查
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