内容正文:
第33讲 平面向量的数量积
1
课前基础巩固
课堂考点探究
课时作业
2
1.通过物理中功等实例,理解平面向量数量积的概念及其物理意义,
会计算平面向量的数量积.
2.通过几何直观,了解平面向量投影的概念以及投影向量的意义.
3.会用数量积判断两个平面向量的垂直关系.
4.能用坐标表示平面向量的数量积,会表示两个平面向量的夹角.
5.能用坐标表示平面向量垂直.
课 标 要 求
3
◆ 知识聚焦 ◆
1.向量的夹角
给定两个______向量,,在平面内任选一点 ,作
,,则称内的为向量 与向量
的夹角(如图),记作, .
非零
2.平面向量的数量积
一般地,当与都是非零向量时,称_______________为向量与
的数量积(也称内积),记作,即 _______________.
,
,
课 前 基 础 巩 固
4
3.平面向量数量积的几何意义
(1)设非零向量,过,分别作直线 的垂线,
垂足分别为,(如图),则称向量_____为向量 在
直线 上的__________或______.
投影向量
投影
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5
(2)给定平面上的一个非零向量,设 所在的直
线为,则在直线上的投影称为在向量 上的投
影,如图,向量在向量上的投影为 .一个
向量在一个非零向量上的投影,一定与这个非零
共线
相同
相反
向量______,它们的方向既有可能______,也有可能______.
课 前 基 础 巩 固
6
(3)一般地,如果, 都是非零向量,则称_____________为向量
在向量 上的投影的数量,投影的数量与投影的______有关,投影
的数量既可能是________,也可能是______等于在 上的投影
的数量与的模的乘积,即 ________________.
特别地,,,其中 为单位向量.
,
长度
非负数
负数
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7
4.平面向量数量积的运算律
已知非零向量,,和实数 .
① _____;
②________________ ;
③ ___________.
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8
5.平面向量数量积的有关结论
已知两个非零向量,,与的夹角为 .
向量表示 坐标表示
模
数量积 ____________
夹角
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9
向量表示 坐标表示
与 垂直 ___________
____________
与
的关系 (当且仅当
时等号成立)
续表
课 前 基 础 巩 固
10
常用结论
1. ;
;
.
2. .
3.若,则所在直线为 的平分线.
课 前 基 础 巩 固
11
4.已知非零向量, .
(1)若与的夹角为锐角,则;若,则与 的夹
角为锐角或0;
(2)若与的夹角为钝角,则;若,则与 的夹
角为钝角或 .#3.1.5.2
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◆ 对点演练 ◆
题组一 常识题
1.[教材改编]已知,,则____,与 夹
角的正弦值为___.
63
[解析] , ,
.
设与的夹角为 ,则,
所以 .
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13
2.[教材改编]已知,,且与 不共线,若
,则实数 _ ___.
[解析] 由题意知 ,
解得 .
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14
3.[教材改编]已知平面向量,满足,,且与 的
夹角为,则 ____.
[解析] 因为,,且与的夹角为 ,所以
.
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15
题组二 常错题
4.[没有找准向量的夹角]在边长为4的等边中,
____.
[解析] 是边长为4的等边三角形,
.
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16
5.[误以为“”是“与 的夹角为钝角”的充要条件]设平面向
量,.若与的夹角是钝角,则 的取值范围是
_ ________________.
[解析] 与的夹角是钝角,, ,
可得.
当与反向共线时,,此时,,但 与的夹角
是平角,不满足题意,所以 的取值范围为 .
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17
6.[把代数式的运算性质和法则误用到向量的运算中]已知非零向量
与互相垂直,与互相垂直,若与 的夹角
为 ,则 _ _____.
[解析] 与互相垂直, ①,
与互相垂直, .
由得,代入①得 ,
.
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18
探究点一 平面向量的数量积
例1(1)[2023·全国乙卷]正方形的边长是2,是 的中点,
则 ( )
A. B.3 C. D.5
√
课 堂 考 点 探 究
19
[思路点拨]思路一:以,}为基底表示, ,再结合数量积
的运算律运算求解;
思路二:建系,利用平面向量的坐标运算求解;
思路三:利用余弦定理求出 ,进而根据数量积的定义求解.
[解析] 方法一:由题知 ,
,,所以 .故选B.
课 堂 考 点 探 究
方法二:如图,以为原点,, 所在直线分别为
,轴,建立平面直角坐标系,则, ,
,则, ,所以
.故选B.
方法三:由题意可得,,,在 中,由余
弦定理可得 ,
所以 .故选B.
课 堂 考 点 探 究
21
(2)已知向量,满足,则 ( )
A. B. C. D.
[思路点拨]根据已知条件可得向量,的夹角为 ,
,再利用数量积运算可得解.
[解析] 由及向量加减法的几何意义,可得向量 ,
的夹角为 , ,
.
故选C.
√
课 堂 考 点 探 究
22
[总结反思]
解决向量数量积的运算问题的三种方法:
(1)当已知向量的长度和夹角时,可利用定义法求解;
(2)当已知向量的坐标或可通过建立平面直角坐标系表示向量的坐
标时,可利用坐标法求解;
(3)利用向量数量积的几何意义求解.
课 堂 考 点 探 究
23
变式题(1)[2026·北京清华大学附中模拟]已知向量 ,
,则 ( )
A.1 B. C.0 D.
[解析] 由题得, ,
,则
.故选C.
√
课 堂 考 点 探 究
24
(2)[2025·黑龙江大庆一模]如图,在
中,,,点是边 上的动
点,则 的值( )
A.为16 B.为32
C.最大为32 D.与 的位置有关
√
课 堂 考 点 探 究
25
[解析] 如图,取的中点为,连接 ,因为
,,所以,又
为等腰三角形,所以 ,
所以 的值为32.故选B.
所以 ,
课 堂 考 点 探 究
26
探究点二 平面向量数量积的性质问题
微点1 平面向量的模
例2 [2024· 新课标Ⅱ卷]已知向量,满足, ,且
,则 ( )
A. B. C. D.1
[思路点拨]由得,由 ,
,得 ,联立即可得解.
√
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27
[解析] 因为,所以,得 .
因为,所以,即 ,
得.
由①②得,则 ,故选B.
课 堂 考 点 探 究
28
[总结反思]
求平面向量的模的两种方法
(1)公式法:或 ;
② ;
③若,则 .
(2)几何法:利用向量的几何意义,即利用向量加、减法的平行四边
形法则或三角形法则作出向量,再利用余弦定理等方法求解.
课 堂 考 点 探 究
29
微点2 平面向量的夹角
例3(1)[2025·辽宁沈阳二十中九模]已知向量 ,
,,则向量与 的夹角为( )
A. B. C. D.
[思路点拨]由已知等式根据向量数量积运算律得出 ,再应用
向量夹角公式计算求解即可.
[解析] 由已知条件得.因为 ,且
,所以,所以.
设向量与 的夹角为 ,则,
又,所以 .故选C.
√
课 堂 考 点 探 究
30
(2)[2023·全国甲卷]已知向量,,满足, ,
且,则, ( )
A. B. C. D.
√
课 堂 考 点 探 究
31
[思路点拨]首先由及, 得到 .
思路一:利用已知及向量数量积的运算,求出
及,,进而求出, ;
思路二:由, 是单位正交向量,作出图形,在特殊三角形中表示出已
知和待求向量,用三角恒等变换求解;
思路三:由, 是单位正交向量,令,,求出,
从而求出, ,利用向量的坐标运算求解.
课 堂 考 点 探 究
32
[解析] 因为,所以 ,即
,即 ,所以 .
方法一:因为 ,
,
,
所以, .故选D.
,所以
,
课 堂 考 点 探 究
33
方法二:如图,设,, ,由题
知,,,所以 是等腰直
角三角形, 边上的高,, 是等腰三角形,则,, 三点共线,
所以 ,
则 ,则,
所以 , .
课 堂 考 点 探 究
34
方法三:如图,令向量,的起点均为 ,终点
分别为,,以,的方向分别为, 轴的
正方向建立平面直角坐标系,则 ,
, ,
所以,,
则 , .
课 堂 考 点 探 究
35
[总结反思]
求平面向量的夹角的方法
(1)定义法:利用向量数量积的定义得, ,其中两向量
的夹角,的取值范围为 .
(2)坐标法:若非零向量,,
则 , .
课 堂 考 点 探 究
36
微点3 平面向量的垂直
例4(1)[2023· 新课标Ⅰ卷]已知向量, .若
,则( )
A. B. C. D.
[思路点拨]思路一:根据,的坐标得到, ,
再根据向量垂直列出方程即可得到答案;
思路二:根据向量的坐标运算求出, ,再根据向量垂直
的坐标表示即可得到答案.
√
课 堂 考 点 探 究
37
[解析] 方法一:因为,,所以 ,
,又 ,所以
,即 ,所以
,故选D.
方法二:因为,,所以 ,
,由 得
,即,所以 ,
故选D.
课 堂 考 点 探 究
38
(2)[2025· 全国二卷] 已知平面向量, ,若
,则 ____.
[思路点拨]根据条件得 ,再利用向量垂直的坐
标表示得到方程,解出 即可得到答案.
[解析] 因为, ,
,所以,解得 ,
所以 .
课 堂 考 点 探 究
39
[总结反思]
当向量与是坐标形式,即,时,若要证明 ,
则只需证明,即证明
课 堂 考 点 探 究
40
应用演练
1.[2025·辽宁鞍山一中八模]已知,,在 上的投影的
数量为,则 ( )
A.6 B. C. D.
[解析] 因为在上的投影的数量为,所以 ,则
,故 .
故选C.
√
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41
2.[2026·山东济南摸底]已知向量,,若与 垂
直,则实数 的值为( )
A. B. C. D.
[解析] 由题意知向量,,故 ,
又与垂直,所以 ,可得
,则,解得 ,故选A.
√
课 堂 考 点 探 究
42
3.[2026·北京一六六中、五十中联考]平行四边形中, ,
, ,点为边的中点,则 ( )
A. B. C. D.4
[解析] 由题得, ,所以
,
所以 .故选D.
√
课 堂 考 点 探 究
43
4.[2025·湖南岳阳二模] 已知非零向量,,若 ,且
,则与 的夹角为__.
[解析] 由 可得
,
故,,
所以,,又 , ,所以, .
课 堂 考 点 探 究
44
探究点三 与数量积有关的最值范围问题
例5(1)已知,,三点在半径为1的圆上运动,且 ,则
的取值范围为( )
A. B. C. D.
[思路点拨]设的中点为,由条件得, ,
将表示成,根据 可得结果.
√
课 堂 考 点 探 究
45
[解析] 设的中点为,连接,因为, ,
所以, ,所以
,
.故选A.
课 堂 考 点 探 究
46
(2)已知向量,的夹角为,,若向量满足 ,
则 的取值范围是( )
A. B. C. D.
[思路点拨]建立平面直角坐标系,设, ,
,可得,设,转化为圆心 到直
线的距离求解 的取值范围即可.
√
课 堂 考 点 探 究
47
[解析] 建立如图所示的平面直角坐标系,
设,, ,
则 ,即 ,
点在圆 上或其内部
,令,即 ,由题可知直线
与圆有公共点,则圆心 到直线
的距离 ,解得 .故选D.
课 堂 考 点 探 究
48
[总结反思]
数量积最值(范围)问题的解法
(1)坐标法:通过建立平面直角坐标系,利用向量的坐标运算转化为
代数问题处理.
(2)向量法:运用向量数量积的定义、不等式、极化恒等式等有关
向量知识解决.
课 堂 考 点 探 究
49
变式题(1)[2025·安徽蚌埠二模] 如图,六边形 与六边形
为全等的正六边形,且,点为正六边形
内的一点(包含边界),则 的取值范围是________.
课 堂 考 点 探 究
50
[解析] 过点作直线的垂线,垂足为 ,
则, ,所以
.
据此可得,当点与点 重合时, 取得最小值,最小值为
;当点与点重合时, 取得最大值,最大值为
.所以的取值范围是 .
课 堂 考 点 探 究
51
(2)在平面直角坐标系中,, .设
,则 的取值范围是( )
A. B. C. D.
√
课 堂 考 点 探 究
52
[解析] 因为 ,所以
,
,,所以, ,所以
, ,
即 ,
.
因为,,所以 的最大值为
,最小值为,故 的取值范围是
.故选D.
课 堂 考 点 探 究
53
课时作业
54
◆ 基础热身 ◆
1.已知向量,,则 ( )
A. B.0 C.1 D.2
[解析] 因为向量,,所以 ,
,所以 .
故选A.
√
课 时 作 业
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
55
2.[2026·广东惠州第一次调研]已知向量,满足, ,
与的夹角为,则 ( )
A.2 B.4 C. D.
[解析] 方法一:|
,则 .
√
方法二:如图,设,,则 ,
,, ,故
.故选C.
课 时 作 业
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
1
2
3
4
5
6
7
8
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14
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17
56
3.[2025·山东德州三模]平面向量,满足, ,且
,则向量, 的夹角为( )
A. B. C. D.
[解析] 因为,,且 ,所以
,则,所以 .
设向量,的夹角为 ,则,所以,
又 ,所以 .故选B.
√
课 时 作 业
1
2
3
4
5
6
7
8
9
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16
17
1
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3
4
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6
7
8
9
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16
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57
4.[2025·广东汕头二模]在中,为边上的中线, ,
,则 的值为( )
A. B. C. D.
[解析] 如图,因为为 边上的中线,所以
,又,所以 .故选D.
√
课 时 作 业
1
2
3
4
5
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16
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2
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4
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9
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58
5.[2025·辽宁辽南协作体三模]已知向量,向量在向量
上的投影的数量为.若,则实数 的值为( )
A.1 B. C.2 D.
[解析] 因为向量在向量上的投影的数量为,所以 ,
即,又,所以 ,
又,所以,所以 ,
解得 .故选A.
√
课 时 作 业
1
2
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4
5
6
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4
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17
59
6.(多选题)[2026·山东聊城期中]已知向量, ,
,则下列说法正确的是( )
A.若,则 B.向量与的夹角为
C.若,则 D.
√
√
课 时 作 业
1
2
3
4
5
6
7
8
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6
7
8
9
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16
17
60
[解析] 对于选项A,若,则,解得 ,故A错误;
对于选项B,由,可得 ,
故B正确;
对于选项C,,若 ,
则,解得 ,故C正确;
对于选项D,由,可得,故D错误.故选 .
课 时 作 业
1
2
3
4
5
6
7
8
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17
1
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3
4
5
6
7
8
9
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13
14
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16
17
7.设向量,,且,则 ____.
[解析] 由已知条件,得,即,即 .
课 时 作 业
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17
62
8.[2025·北京东城区一模] 已知向量,,
在正方形网格中的位置如图所示.若网格纸上
小正方形的边长为1,则, _ __,
___.
0
课 时 作 业
1
2
3
4
5
6
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16
17
63
[解析] 平移向量与共起点,易看出, 的
夹角为 ,所以 .
由图可得,, ,
,所以 .
课 时 作 业
1
2
3
4
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6
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64
9.已知向量, .
(1)若,求实数的值及 ;
解:向量,,则 ,
由,得,解得 ,
所以,故 .
课 时 作 业
1
2
3
4
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6
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17
65
(2)若,求向量与 的夹角的余弦值.
解:,由 ,得
,解得 ,
则 ,所以,
即向量与 的夹角的余弦值为 .
9.已知向量, .
课 时 作 业
1
2
3
4
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9
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17
66
◆ 综合提升 ◆
10.[2025·安徽皖江名校联盟联考]已知平面向量, 满足
,,则 的取值范围是( )
A. B. C. D.
[解析] 设,因为,所以 ,
又,所以,所以点 在以
为圆心,4为半径的圆上,又(其中 为坐标原点),
所以,即 .故选A.
√
课 时 作 业
1
2
3
4
5
6
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9
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17
67
11.设圆的半径为2,,,为圆上的动点,且圆心到弦 的距离
为,则 的最大值为( )
A.3 B.5 C.6 D.9
√
课 时 作 业
1
2
3
4
5
6
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16
17
68
[解析] 如图,令直径,过作垂直于
的延长线,垂足为,连接,,易知
是等边三角形.因为 ,
所以可看作在 上的投影向量的模与
的乘积.
由图可知当与重合时,在 上的投影向量的模最大,
所以的最大值为.设为 的中点,则
, ,所以,
故 的最大值为 .故选C.
课 时 作 业
1
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3
4
5
6
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12
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1
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6
7
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9
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11
12
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69
12.(多选题)已知向量,满足, ,则( )
A.当时,与的夹角为
B.当时,在上的投影的数量为
C.的最大值为
D. 的最小值为4
[解析] 当时, ,又
,所以,故A错误;
由 ,可得,
又,,所以 ,
√
√
√
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1
2
3
4
5
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6
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9
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所以,所以在上的投影的数量为 ,故B正确;
设,的夹角为 ,因为 ,
,
所以 ,
,所以 ,
,所以,所以 ,
当时,,所以 ,故C正确;
当时,所以 ,故D正确.故选 .
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13.[2026·大同一调] 已知,是单位向量,且.若平面向量
满足,则 的值为_ ___.
[解析] 由题意,得,设向量,
的夹角为 ,因为,所以 ,故.
以为原点,的方向为 轴正方向建立如图所示的
平面直角坐标系,使 的起点与重合,终点在第一象限,
则 , .
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设 ,则
故
所以,故 .
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14.在中,,为的中点,为线段 上的
一个动点,则 的最小值为____.
[解析] 在中,,所以,
因为为 的中点,所以,
又因为为线段 上的一个动点,所以 ,
所以
,当且仅当,即为线段 的中点时取等号,
所以的最小值为 .
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15.在直角梯形中,, ,
,点是 边的中点.
(1)若点满足,且,求 的值;
解:如图所示,由可得 ,所以
,
又,所以,,
所以 .
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(2)若点是线段(含端点)上的动点,求 的取值范围.
解:方法一:以点为坐标原点,所在直线为轴, 所在直线
为轴建立平面直角坐标系,如图所示,则,
, , ,.
由点是线段 (含端点)上的动点,可令,
,所以,又 ,所以
,所以, .
15.在直角梯形中,, ,
,点是 边的中点.
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,则
,
显然当点与点重合时,取得最大值3,当点与点 重合时,
取得最小值,所以的取值范围是 .
由二次函数的性质可得,当时,取得最小值 ;
当时,取得最大值8.
综上可得, 的取值范围是 .
方法二:取的中点,作,垂足为 ,如图所示,
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◆ 能力拓展 ◆
16.已知是边长为2的正六边形 内(不包括边界)的一点,
则 的取值范围是( )
A. B. C. D.
√
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[解析] 方法一:以为原点,的方向为 轴的正方向,建立如图①
所示的平面直角坐标系,设,则, ,
, .
方法二:如图②,以为基底,
则,且 , .
为正六边形内(不包括边界)的一点,
, ,
则
, .
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方法三:作出正六边形 ,如图③所示,
,.
由图可得,当位于 处时,最大,
又, ,故此时 ,
则;
当位于 处时,最小,又, ,
故此时 ,则
. 是正六边形内
(不包括边界)的一点,的取值范围为 .故选A.
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17.(多选题)已知向量,, 满足
,则下列结论可能成立的有( )
A. B. C. D.
√
√
√
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[解析] 由题意知, ,
,设, ,
,不妨设,如图,动点在以
为圆心,2为半径的圆上,动点在以 为圆
心,1为半径的圆上,且满足,圆
的方程是.
当点在圆 上运动时,由,得,
当且仅当,,三点共线且 在,之间时取等号.
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由图易知,即 ,故选项A不
可能成立,选项B可能成立.
设 ,则 ,
由解得 ,
又,, ,
故选项C,D均可能成立.故选 .
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