5.1 平面向量的概念及线性运算 专题讲义-2027届高三数学一轮复习
2026-07-17
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普通
摘要:
该高中数学讲义聚焦平面向量的概念、线性运算及共线定理等高考核心考点,按“概念-运算-定理”逻辑架构梳理知识,通过表格归纳概念性质、方法指导线性运算策略、分层真题训练等环节,帮助学生构建知识体系,突破难点。
讲义采用“一题多变”深化理解(如线性运算条件变式),结合几何图形培养数学眼光与推理能力,设置基础到拓广的分层练习精准突破。通过概念辨析、定理应用实例,提升学生符号表达与问题解决能力,为教师把控复习节奏提供系统支持。
内容正文:
5.1 平面向量的概念及线性运算
【课标要求】
1.了解向量的实际背景,理解平面向量的概念和两个向量相等的含义,理解向量的几何表示.
2.掌握向量加法、减法的运算,理解其几何意义.
3.掌握向量的数乘运算及其几何意义,理解两个向量共线的含义.
4.了解向量线性运算的性质及其几何意义.
1.向量的有关概念
名称
定义
备注
向量
既有__大小__又有__方向__的量
平面向量是自由向量
长度(模)
向量的__大小__
记作|a|或||
零向量
长度为0,其方向是任意的
记作__0__
单位向量
长度等于1个单位长度的向量
与非零向量a共线的单位向量为±
平行向量
(共线向量)
方向__相同__或__相反__的非零向量
0与任意向量__平行__(或共线)
相等向量
长度__相等__且方向__相同__的向量
两向量不能比较大小
相反向量
长度__相等__且方向__相反__的向量
0的相反向量为0
2.向量的线性运算
向量运算
法则(或几何意义)
运算律
加法
交换律:a+b=__b+a__;
结合律:(a+b)+c=__a+(b+c)__
减法
a-b=a+(-b)
数乘
|λa|=__|λ||a|__,当λ>0时,λa的方向与a的方向__相同__;
当λ<0时,λa的方向与a的方向__相反__;
当λ=0时,λa=__0__
设λ,μ为实数,则
λ(μa)=__(λμ)a__;
(λ+μ)a=__λa+μa__;
λ(a+b)=__λa+λb__
3.向量共线定理
向量a(a≠0)与b共线的充要条件是:存在唯一一个实数λ,使__b=λa__.
1.若P为线段AB的中点,O为平面内任一点,则=.
2.若G为△ABC的重心,则有
(1)++=0;(2)=.
3.=λ+μ(λ,μ为实数),若点A,B,C共线,则λ+μ=1.
1.判断正误.(正确的画“√”,错误的画“×”)
(1)若向量a与b同向,且|a|>|b|,则a>b.(×)
(2)单位向量都相等.(×)
(3)若a=b,b=c,则a=c.(√)
(4)当两个非零向量a,b共线时,一定有b=λa,反之成立.(√)
2.如图所示,O是正六边形ABCDEF的中心,则与相等的向量为( )
A. B.
C. D.
解析 A、B选项均与方向不同,C选项与长度不相等,D选项与方向相同,长度相等.
答案 D
3.对于非零向量a,b,“a+b=0”是“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 若a+b=0,则a=-b,所以a∥b.若a∥b,则a+b=0不一定成立.故前者是后者的充分不必要条件,故选A.
答案 A
4.如图,在平行四边形ABCD中,设=a,=b,P为边BC的中点,则=____________(用a与b表示).
解析 =+=+=a+b.
答案 a+b
5.(人A必修二P24T22改编)如图,点O是▱ABCD外一点,用,,表示=________.
解析 由于=+,因此只需将用,表示,
而==-,故=+=+(-)=-+.
答案 -+
考点一 平面向量的基本概念
基础考点 自练自悟
1.给出下列命题,其中真命题为( )
A.平面上所有单位向量,其终点在同一个圆上
B.零向量的长度等于0
C.若a与b同向,且|a|>|b|,则a>b
D.λ,μ为实数,若λa=μb,则a与b共线
解析 对于A,只有平面上所有单位向量的起点相同时,其终点才会在同一个圆上,故A 为假命题;对于B,由零向量的定义知,零向量的长度为0,故B为真命题;对于C,因为两个向量不能比较大小,故C 为假命题;对于D,λ,μ为实数,若λa=μb,则a 与b不一定共线,如λ=μ=0时,a与b可以是任意向量,故D为假命题.
答案 B
2.如图,等腰梯形ABCD中,对角线AC与BD交于点P,点E,F分别在两腰AD,BC上,EF过点P,且EF∥AB,则下列等式中成立的是( )
A.= B.=
C.= D.=
解析 根据相等向量的定义,分析可得与不平行,与不平行,所以=,=均错误,与平行,但方向相反,故不相等,只有与方向相同,且大小都等于线段EF长度的一半,所以=.故选D.
答案 D
3.在平面四边形ABCD中,若=,且||=||,则四边形ABCD的形状为________.
解析 因为=,则AB=DC,且AB∥DC,所以平面四边形ABCD 为平行四边形.又因为||=||,即AC=BD,所以四边形ABCD 为矩形.
答案 矩形
平面向量有关概念的四个关注点
(1)相等向量具有传递性,非零向量的平行也具有传递性.
(2)共线向量即为平行向量,它们均与起点和终点无关.
(3)向量可以平移,平移后的向量与原向量是相等向量,解题时,不要把它与函数图象的移动混淆.
(4)已知非零向量a,则是与a同方向的单位向量,-是与a反方向的单位向量.
考点二 平面向量的线性运算
多维探究 发散思维
角度1 向量的线性运算(一题多变)
在△ABC中,A=,||=1,D为线段AB的中点,E为线段CD的中点,若设=a,=b,则可用a,b表示为____________.
[解析] 如图,因为E为线段CD的中点,所以=+.因为D为线段AB的中点,所以=.所以=+=a+b.
[答案] a+b
1.(变条件)若本例条件改为:在△ABC中,=,若设=a,=b,则可用a,b表示为____________.
解析 因为在△ABC中,=,所以=+=+=+=a+b.
答案 a+b
2.(变条件)若本例条件改为:在△ABC中,点E为△ABC的重心,若设=a,=b,则可用a,b表示为____________.
解析 由于△ABC的重心E为三角形三条中线的交点,为中线的三等分点,设D为BC的中点,所以==×=a+b.
答案 a+b
平面向量的线性运算的求解策略
角度2 根据向量线性运算求参数
如图,在正方形ABCD中,E,F分别为边BC,CD的中点,若=+,=λ,则λ=( )
A. B.
C. D.
[解析] =+=++=--++=-+.
=+++=-+==,故=,所以λ=.故选C.
[答案] C
与向量的线性运算有关的参数问题,一般是构造三角形,利用向量运算的三角形法则进行加法或减法运算,然后通过相等向量或共线向量等条件列出关于参数的方程(组)求得相关参数的值.
1.如图,AB是圆O的一条直径,C,D为半圆弧的两个三等分点,则=( )
A.- B.2-2
C.- D.2-2
解析 连接CD(图略),∵C,D是半圆弧的三等分点,∴CD∥AB,且AB=2CD,因此=2=2=2-2.
答案 D
2.在平行四边形ABCD中,=3,若AE交BD于点M,则=( )
A.+ B.+
C.+ D.+
解析 ∵=3,∴E为线段DC上靠近点C的四等分点.显然△ABM∽△EDM,即==,∴==(+)==+.故选B.
答案 B
考点三 共线定理及其应用
重难考点 师生共研
(1)已知向量a,b不共线,且c=xa+b,d=a+(2x-1)b.若c与d共线,则实数x的值为( )
A.1 B.-
C.1或- D.-1或-
(2)已知点M为△ABC中BC边上的中点,点N满足=,过点N的直线与AB,AC分别交于P,Q两点,且设=x,=y,则+的值为( )
A.5 B.6
C.9 D.10
[解析] (1)因为c与d共线,所以存在k∈R,使得d=kc,
即a+(2x-1)b=kxa+kb.
因为向量a,b不共线,所以
整理可得x(2x-1)=1,即2x2-x-1=0,
解得x=-或x=1.
(2)根据题意,得=
=×=
=
=+.
∵P,N,Q三点共线,
∴+=1,即+=10.
[答案] (1)C (2)D
3.若a,b是两个不共线的向量,已知=a-2b,=2a+kb,=3a-b,若M,N,Q三点共线,则k等于( )
A.-1 B.1
C. D.2
解析 由题意知,=-=a-(k+1)b,因为M,N,Q三点共线,故存在实数λ,使得=λ,即a-2b=λ[a-(k+1)b],整理得(1-λ)a=[2-λ(k+1)]b,因为向量a,b不共线,
∴解得λ=1,k=1.
答案 B
4.在△ABC中,D是直线AB上的点.若2=+λ,记△ACB的面积为S1,△ACD的面积为S2,则=( )
A. B.
C. D.
解析 方法一 易知=-,又2=+λ,所以2=+λ,得=+.
因为A,B,D三点共线,所以+=1,
所以λ=-1.
由2=-,得2=,即AB=AD,
如图,可知△ACB和△ACD同高,所以==.故选D.
方法二 因为A,B,D三点共线,所以存在唯一非零实数μ,使得=μ.易知=-,
所以=μ=μ-μ.
又由已知得=+,
所以μ=,-μ=,所以λ=-1.则2=-,可得2=,AB=AD.又△ACB和△ACD同高,所以==.故选D.
答案 D
说明:单项选择题每题5分,多项选择题每题6分,填空题每题5分,本试卷共83分.
A级 基础过关
1.已知a,b是两个非零向量,且|a+b|=|a|+|b|,则下列说法正确的是( )
A.a+b=0 B.a=b
C.a与b共线反向 D.存在正实数λ,使a=λb
解析 因为a,b是两个非零向量,且|a+b|=|a|+|b|,则a与b共线同向,故D正确.
答案 D
2.设a是非零向量,λ是非零实数,则下列结论正确的是( )
A.a与λa的方向相反 B.a与λ2a的方向相同
C.|-λa|≥|a| D.|-λa|≥|λ|a
解析 对于A,当λ>0时,a与λa的方向相同,当λ<0时,a与λa的方向相反,故A不正确;对于B,显然λ2>0,即B正确;对于C,|-λa|=|λ||a|,由于|λ|与1的大小不确定,故|-λa|与|a|的大小关系不确定,故C不正确;对于D,|λ|a是向量,而|-λa|表示长度,两者不能比较大小,故D不正确.故选B.
答案 B
3.若||=8,||=5,则||的取值范围是( )
A.[3,8] B.(3,8)
C.[3,13] D.(3,13)
解析 ∵||=|-|,|||-|||≤|-|≤||+||,∴||∈[3,13],故选C.
答案 C
4.设D为线段BC的中点,且+=-6,则下列结论正确的是( )
A.=2 B.=3
C.=2 D.=3
解析 由D为线段BC的中点,且+=-6,得2=-6,则=-3,所以=3.
答案 D
5.已知点P为△OAB所在平面内一点,且=+,则( )
A.点P在线段AB上
B.点P在线段AB的延长线上
C.点P在线段AB的反向延长线上
D.点P在射线AB上
解析 由=+,得-=,所以=·,
所以点P在射线AB上.
答案 D
6.如图,在平行四边形ABCD中,对角线AC与BD交于点O,且=2,则=( )
A.- B.+
C.- D.+
解析 因为=2,所以===,所以=-=-=-.
答案 C
7.(多选)已知4-3=,则下列结论正确的是( )
A.A,B,C,D四点共线 B.C,B,D三点共线
C.||=|| D.||=3||
解析 因为4-3=,所以3-3=-,所以3=,因为,有公共端点B,所以C,B,D三点共线,且||=3||,所以B,D正确,A错误;由4-3=,得=3-3+=3+,所以||≠||,所以C错误.
答案 BD
8.(多选)在梯形ABCD中,AB∥CD,AB=2CD,AC与BD相交于点O,则下列结论正确的是( )
A.-= B.|+2|=0
C.=+ D.+++=0
解析 对于选项A,-==,故选项A正确;对于选项B,由题知==,所以+2=0,故|+2|=0,故选项B正确;对于选项C,==(+2)=+,故选项C错误;对于选项D,+++=0,故选项D正确.故选ABD.
答案 ABD
9.若=,=(λ+1),则λ=____________.
解析 由=可知,点P是线段AB上靠近点A的三等分点,则=-,
所以λ+1=-,解得λ=-.
答案 -
10.若||=||=|-|=2,则|+|=____________.
解析 因为||=||=|-|=2,所以△ABC是边长为2的正三角形,所以|+|为△ABC的边BC上的高的2倍,所以|+|=2.
答案 2
B级 能力提升
11.已知D为线段AB上的任意一点,O为直线AB外一点,A关于点O的对称点为C.若=x+y,则x-y的值为( )
A.-1 B.0
C.1 D.2
解析 因为A关于点O的对称点为C,所以=-,
又=x+y,所以=x-y,
又因为A,B,D三点共线,所以x-y=1.
答案 C
12.在平行四边形ABCD中,E是BC的中点,F是CD的中点,DE与BF相交于点G,则=( )
A.+ B.+
C.+ D.+
解析 连接BD,GC,如图所示,
由题意可知,G为△BCD的重心,
设AC与BD交于点O,则O为AC的中点,A,O,G,C四点共线,且AO=OC=3OG,
所以==(+)=+.
答案 A
13.已知点O为△ABC的外接圆的圆心,且++=0,则△ABC的内角A=( )
A.30° B.45°
C.60° D.90°
解析 由++=0,得+=,又O为△ABC的外接圆的圆心,根据向量加法的几何意义,四边形OACB为菱形,且∠CAO=60°,因此∠CAB=30°.
答案 A
14.如图所示,在△ABC中,AO是BC边上的中线,K为AO上一点,且=2,经过K的直线分别交直线AB,AC于不同的两点M,N.若=m,=n,则m+n=________.
解析 方法一(特殊位置法) 当过点K的直线与BC平行时,由=2,得K是AO的中点,
则MN就是△ABC的一条中位线,由=m,=n,得m=n=2,所以m+n=4.
方法二 依题意,===m+n,
由K,M,N三点共线,得m+n=1,
所以m+n=4.
答案 4
C级 拓广探索
15.我国东汉末数学家赵爽在《周髀算经》中利用一副“弦图”给出了勾股定理的证明,后人称其为“赵爽弦图”,它是由四个全等的直角三角形与一个小正方形拼成的一个大正方形,如图所示,在“赵爽弦图”中,若=a,=b,=3,则=( )
A.a+b B.a+b
C.a+b D.a+b
解析 由题得=+=+=+=+,整理得=+,即=a+b,故选B.
答案 B
16.(多选)点P是△ABC所在平面内一点,且满足|-|-|+-2|=0,则△ABC不可能是( )
A.钝角三角形 B.直角三角形
C.等腰三角形 D.等边三角形
解析 因为点P是△ABC所在平面内一点,且|-|-|+-2|=0,所以||-|+|=0,即||=|+|,所以|-|=|+|,等式两边平方并化简得·=0,所以⊥,A=90°,则△ABC一定是直角三角形,也有可能是等腰直角三角形,不可能是钝角三角形和等边三角形.
答案 AD
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5.1 平面向量的概念及线性运算
【课标要求】
1.了解向量的实际背景,理解平面向量的概念和两个向量相等的含义,理解向量的几何表示.
2.掌握向量加法、减法的运算,理解其几何意义.
3.掌握向量的数乘运算及其几何意义,理解两个向量共线的含义.
4.了解向量线性运算的性质及其几何意义.
1.向量的有关概念
名称
定义
备注
向量
既有__大小__又有__方向__的量
平面向量是自由向量
长度(模)
向量的__大小__
记作|a|或||
零向量
长度为0,其方向是任意的
记作__0__
单位向量
长度等于1个单位长度的向量
与非零向量a共线的单位向量为±
平行向量
(共线向量)
方向__相同__或__相反__的非零向量
0与任意向量__平行__(或共线)
相等向量
长度__相等__且方向__相同__的向量
两向量不能比较大小
相反向量
长度__相等__且方向__相反__的向量
0的相反向量为0
2.向量的线性运算
向量运算
法则(或几何意义)
运算律
加法
交换律:a+b=__b+a__;
结合律:(a+b)+c=__a+(b+c)__
减法
a-b=a+(-b)
数乘
|λa|=__|λ||a|__,当λ>0时,λa的方向与a的方向__相同__;
当λ<0时,λa的方向与a的方向__相反__;
当λ=0时,λa=__0__
设λ,μ为实数,则
λ(μa)=__(λμ)a__;
(λ+μ)a=__λa+μa__;
λ(a+b)=__λa+λb__
3.向量共线定理
向量a(a≠0)与b共线的充要条件是:存在唯一一个实数λ,使__b=λa__.
1.若P为线段AB的中点,O为平面内任一点,则=.
2.若G为△ABC的重心,则有
(1)++=0;(2)=.
3.=λ+μ(λ,μ为实数),若点A,B,C共线,则λ+μ=1.
1.判断正误.(正确的画“√”,错误的画“×”)
(1)若向量a与b同向,且|a|>|b|,则a>b.( )
(2)单位向量都相等.( )
(3)若a=b,b=c,则a=c.( )
(4)当两个非零向量a,b共线时,一定有b=λa,反之成立.( )
2.如图所示,O是正六边形ABCDEF的中心,则与相等的向量为( )
A. B.
C. D.
3.对于非零向量a,b,“a+b=0”是“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
4.如图,在平行四边形ABCD中,设=a,=b,P为边BC的中点,则=____________(用a与b表示).
5.(人A必修二P24T22改编)如图,点O是▱ABCD外一点,用,,表示=________.
考点一 平面向量的基本概念
基础考点 自练自悟
1.给出下列命题,其中真命题为( )
A.平面上所有单位向量,其终点在同一个圆上
B.零向量的长度等于0
C.若a与b同向,且|a|>|b|,则a>b
D.λ,μ为实数,若λa=μb,则a与b共线
2.如图,等腰梯形ABCD中,对角线AC与BD交于点P,点E,F分别在两腰AD,BC上,EF过点P,且EF∥AB,则下列等式中成立的是( )
A.= B.=
C.= D.=
3.在平面四边形ABCD中,若=,且||=||,则四边形ABCD的形状为________.
平面向量有关概念的四个关注点
(1)相等向量具有传递性,非零向量的平行也具有传递性.
(2)共线向量即为平行向量,它们均与起点和终点无关.
(3)向量可以平移,平移后的向量与原向量是相等向量,解题时,不要把它与函数图象的移动混淆.
(4)已知非零向量a,则是与a同方向的单位向量,-是与a反方向的单位向量.
考点二 平面向量的线性运算
多维探究 发散思维
角度1 向量的线性运算(一题多变)
在△ABC中,A=,||=1,D为线段AB的中点,E为线段CD的中点,若设=a,=b,则可用a,b表示为____________.
1.(变条件)若本例条件改为:在△ABC中,=,若设=a,=b,则可用a,b表示为____________.
2.(变条件)若本例条件改为:在△ABC中,点E为△ABC的重心,若设=a,=b,则可用a,b表示为____________.
平面向量的线性运算的求解策略
角度2 根据向量线性运算求参数
如图,在正方形ABCD中,E,F分别为边BC,CD的中点,若=+,=λ,则λ=( )
A. B.
C. D.
与向量的线性运算有关的参数问题,一般是构造三角形,利用向量运算的三角形法则进行加法或减法运算,然后通过相等向量或共线向量等条件列出关于参数的方程(组)求得相关参数的值.
1.如图,AB是圆O的一条直径,C,D为半圆弧的两个三等分点,则=( )
A.- B.2-2
C.- D.2-2
2.在平行四边形ABCD中,=3,若AE交BD于点M,则=( )
A.+ B.+
C.+ D.+
考点三 共线定理及其应用
重难考点 师生共研
(1)已知向量a,b不共线,且c=xa+b,d=a+(2x-1)b.若c与d共线,则实数x的值为( )
A.1 B.-
C.1或- D.-1或-
(2)已知点M为△ABC中BC边上的中点,点N满足=,过点N的直线与AB,AC分别交于P,Q两点,且设=x,=y,则+的值为( )
A.5 B.6
C.9 D.10
3.若a,b是两个不共线的向量,已知=a-2b,=2a+kb,=3a-b,若M,N,Q三点共线,则k等于( )
A.-1 B.1
C. D.2
4.在△ABC中,D是直线AB上的点.若2=+λ,记△ACB的面积为S1,△ACD的面积为S2,则=( )
A. B.
C. D.
说明:单项选择题每题5分,多项选择题每题6分,填空题每题5分,本试卷共83分.
A级 基础过关
1.已知a,b是两个非零向量,且|a+b|=|a|+|b|,则下列说法正确的是( )
A.a+b=0 B.a=b
C.a与b共线反向 D.存在正实数λ,使a=λb
2.设a是非零向量,λ是非零实数,则下列结论正确的是( )
A.a与λa的方向相反 B.a与λ2a的方向相同
C.|-λa|≥|a| D.|-λa|≥|λ|a
3.若||=8,||=5,则||的取值范围是( )
A.[3,8] B.(3,8)
C.[3,13] D.(3,13)
4.设D为线段BC的中点,且+=-6,则下列结论正确的是( )
A.=2 B.=3
C.=2 D.=3
5.已知点P为△OAB所在平面内一点,且=+,则( )
A.点P在线段AB上
B.点P在线段AB的延长线上
C.点P在线段AB的反向延长线上
D.点P在射线AB上
6.如图,在平行四边形ABCD中,对角线AC与BD交于点O,且=2,则=( )
A.- B.+
C.- D.+
7.(多选)已知4-3=,则下列结论正确的是( )
A.A,B,C,D四点共线 B.C,B,D三点共线
C.||=|| D.||=3||
8.(多选)在梯形ABCD中,AB∥CD,AB=2CD,AC与BD相交于点O,则下列结论正确的是( )
A.-= B.|+2|=0
C.=+ D.+++=0
9.若=,=(λ+1),则λ=____________.
10.若||=||=|-|=2,则|+|=____________.
B级 能力提升
11.已知D为线段AB上的任意一点,O为直线AB外一点,A关于点O的对称点为C.若=x+y,则x-y的值为( )
A.-1 B.0
C.1 D.2
12.在平行四边形ABCD中,E是BC的中点,F是CD的中点,DE与BF相交于点G,则=( )
A.+ B.+
C.+ D.+
13.已知点O为△ABC的外接圆的圆心,且++=0,则△ABC的内角A=( )
A.30° B.45°
C.60° D.90°
14.如图所示,在△ABC中,AO是BC边上的中线,K为AO上一点,且=2,经过K的直线分别交直线AB,AC于不同的两点M,N.若=m,=n,则m+n=________.
C级 拓广探索
15.我国东汉末数学家赵爽在《周髀算经》中利用一副“弦图”给出了勾股定理的证明,后人称其为“赵爽弦图”,它是由四个全等的直角三角形与一个小正方形拼成的一个大正方形,如图所示,在“赵爽弦图”中,若=a,=b,=3,则=( )
A.a+b B.a+b
C.a+b D.a+b
16.(多选)点P是△ABC所在平面内一点,且满足|-|-|+-2|=0,则△ABC不可能是( )
A.钝角三角形 B.直角三角形
C.等腰三角形 D.等边三角形
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