2019版高考数学一轮复习 第4章 平面向量 4.2 平面向量基本定理及坐标表示学案 文
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4.2 平面向量基本定理及坐标表示
[知识梳理]
1.平面向量基本定理
如果e 1,e 2是同一平面内的两个不共线向量,那么对于这一平面内的任意向量a ,有且只有一对实数λ1,λ2,使a =λ1e 1+λ2e 2.其中,不共线的向量e 1,e 2叫做表示这一平面内所有向量的一组基底.把一个向量分解为两个互相垂直的向量,叫做把向量正交分解.
2.平面向量的坐标运算
设a =(x 1,y 1),b =(x 2,y 2),则a +b =(x 1+x 2,y 1+y 2),a -b =(x 1-x 2,y 1-y 2),λa =(λx 1,λy 1),|a |=x 2
1+y 2
1,|a +b |=(x 2+x 1)2
+(y 2+y 1)2
.
3.平面向量共线的坐标表示
设a =(x 1,y 1),b =(x 2,y 2),则a ∥b ⇔x 1y 2-x 2y 1=0. [诊断自测] 1.概念思辨
(1)平面内的任何两个向量都可以作为一组基底.( )
(2)平面向量的基底不唯一,只要基底确定后,平面内的任何一个向量都可被这组基底唯一表示.( )
(3)设a ,b 是平面内的一组基底,若实数λ1,μ1,λ2,μ2满足λ1a +μ1b =λ2a +μ2b ,则λ1=λ2,μ1=μ2.( )
(4)若a =(x 1,y 1),b =(x 2,y 2),则a ∥b 的充要条件可表示成x 1x 2=y 1
y 2
.( ) 答案 (1)× (2)√ (3)√ (4)× 2.教材衍化
(1)(必修A4P 119T 11)已知|OA →|=1,|OB →|=3,OA →⊥OB →,点C 在线段AB 上,∠AOC =30°.
设OC →=mOA →+nOB →
(m ,n ∈R ),则m n
等于( )
A.13 B .3 C.3
3 D. 3 答案 B
解析 依题意,以O 为原点,OA 、OB 分别为x ,y 轴建立平面直角坐标系,则A (1,0),
B (0,3),设
C (x ,y ),由OC →=mOA →+nOB →
得x =m ,y =3n ,又∠AOC =30°,知y x =33
,故
m
n
=3,选B. (2)(必修A4P 101A 组T 5)已知向量a =(2,3),b =(-1,2),若m a +n b 与a -2b 共线,则
m
n
=________. 答案 -1
2
解析 解法一:由已知条件可得m a +n b =(2m,3m )+(-n,2n )=(2m -n,3m +2n ),a -2b =(2,3)-(-2,4)=(4,-1).∵m a +n b 与a -2b 共线,∴2m -n 4=3m +2n
-1
,即n -2m =
12m +8n ,∴m n =-1
2
.
解法二:注意到向量a =(2,3),b =(-1,2)不共线,因此可以将其视为基底,因而m a
+n b 与a -2b 共线的本质是对应的坐标(系数)成比例,于是有m 1=n -2⇒m n =-1
2
.
3.小题热身
(1)已知向量a =(1,2),b =(1,0),c =(3,4).若λ为实数,(a +λb )∥c ,则λ=( ) A.14 B.1
2 C .1 D .2 答案 B
解析 a +λb =(1+λ,2),由(a +λb )∥c ,得(1+λ)×4-3×2=0,∴λ=1
2.故选
B.
(2)(2014·福建高考)在下列向量组中,可以把向量a =(3,2)表示出来的是( ) A .e 1=(0,0),e 2=(1,2) B .e 1=(-1,2),e 2=(5,-2) C .e 1=(3,5),e 2=(6,10) D .e 1=(2,-3),e 2=(-2,3) 答案 B
解析 设a =k 1e 1+k 2e 2,
A 选项,∵(3,2)=(k 2,2k 2),∴⎩
⎪⎨
⎪⎧
k 2=3,
2k 2=2,无解.
B 选项,∵(3,2)=(-k 1+5k 2,2k 1-2k 2),
∴⎩⎪⎨⎪
⎧
-k 1+5k 2=3,2k 1-2k 2=2,
解之得⎩⎪⎨
⎪⎧
k 1=2,k 2=1.
故B 中的e 1,e 2可把a 表示出来. 同理,C ,D 选项同A 选项,无解.故选B.
题型1 平面向量基本定理及应用
典例
(2015·北京高考)在△ABC 中,点M ,N 满足AM →=2MC →,BN →=NC →.若MN →=xAB →+yAC →
,则x =________,y =________.
运用向量的线性运算对待求向量不断进行转化,
直到用基底表示.
答案 12 -16
解析 由AM →=2MC →知M 为AC 上靠近C 的三等分点,由BN →=NC →
,知N 为BC 的中点,作出草图如下:
则有AN →=12(AB →+AC →),所以M N →=A N →-A M →=12(AB →+AC →)-23·AC →=12AB →-16
AC →,又因为MN →=
xAB →+yAC →
,所以x =1
2,y =-16
.
方法技巧
应用平面向量基本定理的关键点
1.平面向量基本定理中的基底必须是两个不共线的向量.
2.选定基底后,通过向量的加、减、数乘以及向量平行的充要条件,把相关向量用这一组基底表示出来.
3.强调几何性质在向量运算中的作用,用基底表示未知向量,常借助图形的几何性质,如平行、相似等.如典例.
冲关针对训练
设D ,E 分别是△ABC 的边AB ,BC 上的点,AD =12AB ,BE =23
BC .若DE →=λ1AB →+λ2AC →
(λ1,
λ2为实数),则λ1+λ2的值为________.
答案 12
解析 DE →=DB →+BE →=12AB →+23BC →=12AB →+23(AC →-AB →)=-16AB →+23AC →,∵DE →=λ1AB →+λ2AC →
,
∴λ1=-16,λ2=23,故λ1+λ2=1
2
.
题型2 平面向量共线的坐标表示及应用
角度1 求点的坐标
典例 已知A (2,3),B (4,-3),点P 在线段AB 的延长线上,且|AP |=32
|BP |,则点P 的坐标为________.
方程组法.
答案 (8,-15)
解析 设P (x ,y ),由点P 在线段AB 的延长线上,且AP →=32BP →
,得(x -2,y -3)=32(x
-4,y +3),
即⎩⎪⎨⎪⎧
x -2=3
2(x -4),y -3=3
2
(y +3).解得⎩
⎪⎨
⎪⎧
x =8,
y =-15.
所以点P 的坐标为(8,-15). 角度2 研究点共线问题
典例
(2018·佛山质检)设OA →=(1,-2),OB →=(a ,-1),OC →
=(-b,0),a >0,b >0,O 为坐标原点,若A ,B ,C 三点共线,则1a +2
b
的最小值是( )
A .2
B .4
C .6
D .8
用到均值不等式、向量问题实数化.
答案 D
解析 由题意可得,OA →=(1,-2),OB →=(a ,-1),OC →=(-b,0),所以AB →=OB →-OA →
=(a -1,1),AC →=OC →-OA →
=(-b -1,2).
又∵A ,B ,C 三点共线,∴AB →∥AC →
,
即(a -1)×2-1×(-b -1)=0,∴2a +b =1,
又∵a >0,b >0,∴1a +2b =⎝ ⎛⎭⎪⎫1a +2b (2a +b )=4+⎝ ⎛⎭
⎪⎫b a +4a b ≥4+4=8,当且仅当b a =4a b
时,
取“=”.故选D.
方法技巧
1.利用两向量共线求点的坐标
利用向量共线的坐标表示构造所求点的坐标的方程组,解方程组即可.注意方程思想的
应用.如角度1典例.
2.研究点(向量)共线问题
两平面向量共线的充要条件有两种形式
(1)若a =(x 1,y 1),b =(x 2,y 2),则a ∥b 的充要条件是x 1y 2-x 2y 1=0.如角度2典例. (2)若a ∥b (b ≠0),则a =λb . 冲关针对训练
1.(2017·许昌二模)已知△ABC 的三个顶点的坐标为A (0,1),B (1,0),C (0,-2),O 为坐标原点,动点M 满足|CM →|=1,则|OA →+OB →+OM →
|的最大值是( )
A.2+1
B.7+1
C.2-1
D.7-1 答案 A
解析 设点M 的坐标是(x ,y ),
∵C (0,-2),且|CM →
|=1,
∴x 2
+(y +2)2
=1,则x 2
+(y +2)2
=1, 即动点M 的轨迹是以C 为圆心、1为半径的圆, ∵A (0,1),B (1,0),
∴OA →+OB →+OM →
=(x +1,y +1),
则|OA →+OB →+OM →|=(x +1)2+(y +1)2
,几何意义表示:点M (x ,y )与点N (-1,-1)之间的距离,即圆C 上的点与点N (-1,-1)的距离,
∵点N (-1,-1)在圆C 外部,
∴|OA →+OB →+OM →|的最大值是|NC |+1=(0+1)2+(-2+1)2
+1=2+1.故选A. 2.(2018·湖北武昌调考)已知点P (-1,2),线段PQ 的中点M 的坐标为(1,-1).若向量PQ →
与向量a =(λ,1)共线,则λ=________.
答案 -2
3
解析 点P (-1,2),线段PQ 的中点M 的坐标为(1,-1), ∴向量PQ →=2PM →
=2(1+1,-1-2)=(4,-6). 又PQ →
与向量a =(λ,1)共线,
∴4×1+6λ=0,即λ=-2
3
.
1.(2016·全国卷Ⅱ)已知向量a =(1,m ),b =(3,-2),且(a +b )⊥b ,则m =( ) A .-8 B .-6 C .6 D .8 答案 D
解析 由题可得a +b =(4,m -2),又(a +b )⊥b , ∴4×3-2×(m -2)=0,∴m =8.故选D.
2.(2018·福州一中模拟)已知△ABC 和点M 满足MA →+MB →+MC →=0.若存在实数m 使得AB →
+AC →
=mAM →
成立,则m =( )
A .2
B .3
C .4
D .5 答案 B
解析 由MA →+MB →+MC →=0,知点M 为△ABC 的重心,设点D 为边BC 的中点,则AM →=23AD →=
23×12(AB →+AC →)=13
(AB →+AC →),所以AB →+AC →=3AM →
,故m =3.故选B. 3.(2017·福建四地六校联考)已知A (1,0),B (4,0),C (3,4),O 为坐标原点,且OD →=
1
2(OA →+OB →-CB →),则|BD →
|等于________.
答案 2 2
解析 由OD →=12(OA →+OB →-CB →)=12
(OA →+OC →
),知点D 是线段AC 的中点,故D (2,2),所以
BD →
=(-2,2),故|BD →
|=(-2)2+22=2 2.
4.(2017·湘中名校联考)已知在△ABC 中,AB =AC =6,∠BAC =120°,D 是BC 边上靠近点B 的四等分点,F 是AC 边的中点,若点G 是△ABC 的重心,则GD →·AF →
=________.
答案 -21
4
解析 连接AD ,AG ,如图.
依题意,有AD →=AB →+BD →=AB →+14BC →=AB →+14(AC →-AB →)=34AB →+14AC →,AF →=12
AC →,GD →=AD →-AG →
=
AD →
-23×12
(AB →+AC →)=34
AB →+14
AC →-13
AB →-13
AC →=512
AB →-112
AC →,故GD →·AF →=⎝ ⎛⎭⎪⎫512AB →-112AC →·12
AC →=
524AB →·AC →-124AC →2=-524×6×6×12-124×62=-154-32=-214
.
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一、选择题
1.已知向量a ,b 不共线,c =k a +b (k ∈R ),d =a -b .如果c ∥d ,那么( ) A .k =1且c 与d 同向 B .k =1且c 与d 反向 C .k =-1且c 与d 同向 D .k =-1且c 与d 反向
答案 D
解析 ∵c ∥d ,∴(k a +b )∥(a -b ),∴存在λ使k a +b =λ(a -b ),∴⎩⎪⎨
⎪
⎧
k =λ,1=-λ
⇒
⎩⎪⎨⎪⎧
k =-1,λ=-1.
∴c =-a +b ,∴c 与d 反向.故选D.
2.(2018·襄樊一模)已知OA →=(1,-3),OB →=(2,-1),OC →
=(k +1,k -2),若A ,B ,
C 三点不能构成三角形,则实数k 应满足的条件是( )
A .k =-2
B .k =1
2 C .k =1 D .k =-1
答案 C
解析 若点A ,B ,C 不能构成三角形,则向量AB →与AC →共线.因为AB →=OB →-OA →
=(2,-1)-(1,-3)=(1,2),AC →=OC →-OA →
=(k +1,k -2)-(1,-3)=(k ,k +1).所以1×(k +1)-2k =0,解得k =1.故选C.
3.(2018·怀化一模)设向量a =(1,-3),b =(-2,4),c =(-1,-2),若表示向量4a,4b -2c,2(a -c ),d 的有向线段首尾相连能构成四边形,则向量d =( )
A .(2,6)
B .(-2,6)
C .(2,-6)
D .(-2,-6)
答案 D
解析 设d =(x ,y ),由题意知4a =(4,-12),4b -2c =(-6,20),2(a -c )=(4,-2),又4a +4b -2c +2(a -c )+d =0,所以(4,-12)+(-6,20)+(4,-2)+(x ,y )=(0,0),解得x =-2,y =-6,所以d =(-2,-6).故选D.
4.(2017·河南高三质检)在△ABC 中,∠BAC =60°,AB =5,AC =4,D 是AB 上一点,且AB →·CD →=5,则|BD →
|等于( )
A .6
B .4
C .2
D .1 答案 C
解析 设AD →=λAB →,∵CD →=AD →-AC →,∴AB →·CD →=AB →·(AD →-AC →)=λAB →2-AB →·AC →
=5,可得25λ=15,∴λ=35,∴|BD →|=25
|AB →
|=2.故选C.
5.在平面直角坐标系中,O 为坐标原点,设向量OA →=a ,OB →
=b ,其中a =(3,1),b =(1,3).若OC →
=λa +μb ,且0≤λ≤μ≤1,则C 点所有可能的位置区域用阴影表示正确的是( )
答案 A
解析 由题意知OC →
=(3λ+μ,λ+3μ),取特殊值,λ=0,μ=0,知所求区域包含原点,取λ=0,μ=1,知所求区域包含(1,3).选A.
6.(2017·茂名二模)已知向量a =(3,-2),b =(x ,y -1)且a ∥b ,若x ,y 均为正数,则3x +2
y
的最小值是( )
A .24
B .8 C.83 D.5
3
答案 B
解析 ∵a ∥b ,∴-2x -3(y -1)=0,即2x +3y =3,又x ,y >0,∴3x +2y =⎝ ⎛⎭⎪⎫3x +2y ×1
3(2x
+3y )=13⎝ ⎛⎭⎪⎫6+9y x +4x y +6≥13⎝ ⎛
⎭
⎪⎫
12+2
9y x ·4x y =8,当且仅当2x =3y =32时,等号成立.∴
3x +2
y
的最小值是8.故选B.
7.(2017·济南二模)如图所示,两个非共线向量OA →、OB →
的夹角为θ,N 为OB 中点,M 为OA 上靠近A 的三等分点,点C 在直线MN 上,且OC →=xOA →+yOB →(x ,y ∈R ),则x 2+y 2
的最小值为( )
A.
425 B.25 C.49 D.23
答案 A
解析 因为点C ,M ,N 共线,则OC →=λOM →+μON →=23λOA →+12μOB →
,λ+μ=1,
由OC →=xOA →+yOB →
,
x =23λ,y =12μ=12
(1-λ),
x 2+y 2=⎝ ⎛⎭
⎪⎫23λ2+1
4(1-λ)2=2536λ2-λ2+14
,
设g (λ)=2536λ2-λ2+1
4
,
由二次函数的性质可知:当λ=9
25
时,g (λ)取最小值,
最小值为g ⎝ ⎛⎭⎪⎫925=4
25
,
所以x 2+y 2
的最小值为425
.故选A.
8.(2017·河南中原名校联考)如图所示,矩形ABCD 的对角线相交于点O ,E 为AO 的中点,若DE →=λAB →+μAD →(λ,μ为实数),则λ2+μ2
=( )
A.58
B.14 C .1 D.516 答案 A
解析 DE →=12DA →+12DO →=12DA →+14DB →=12DA →+14(DA →+AB →)=14AB →-34AD →
,所以λ=14,μ=-34
,
故λ2+μ2
=58
.故选A.
9.(2018·安徽十校联考)已知A ,B ,C 三点不共线,且AD →=-13AB →+2AC →
,则S △ABD S △ACD =( )
A.23
B.32 C .6 D.1
6 答案 C
解析 如图,取AM →
=-13
AB →,AN →=2AC →,以AM ,AN 为邻边作平行四边形AMDN ,
此时AD →
=-13
AB →+2AC →.
由图可知S △ABD =3S △AMD ,S △ACD =1
2S △AND ,
而S △AMD =S △AND ,∴
S △ABD
S △ACD
=6.故选C. 10.如图所示,在四边形ABCD 中,AB =BC =CD =1,且∠B =90°,∠BCD =135°,记向量AB →=a ,AC →=b ,则AD →
=( )
A.2a -⎝ ⎛⎭⎪⎫1+
22b B .-2a +⎝ ⎛⎭⎪⎫1+22b C .-2a +⎝
⎛⎭
⎪⎫1-
22b
D.2a +⎝ ⎛⎭
⎪⎫1-22b 答案 B
解析 根据题意可得△ABC 为等腰直角三角形,由∠BCD =135°,得∠ACD =135°-45°=90°.以B 为原点,AB 所在直线为x 轴,BC 所在直线为y 轴建立如图所示的直角坐标系,并作DE ⊥y 轴于点E ,则△CDE 也为等腰直角三角形.由CD =1,得CE =ED =
2
2
,则A (1,0),B (0,0),C (0,1),D ⎝
⎛⎭⎪⎫22,1+22,∴AB →=(-1,0),AC →=(-1,1),AD →=⎝ ⎛⎭⎪⎫2
2
-1,1+22.
令AD →=λAB →+μAC →
,则有⎩⎪⎨
⎪⎧
-λ-μ=22-1,μ=1+2
2,得⎩
⎪⎨⎪⎧
λ=-2,
μ=1+2
2,∴AD →
=-2a
+⎝ ⎛⎭
⎪⎫
1+
22b .故选B.
二、填空题
11.在梯形ABCD 中,AB ∥CD ,且DC =2AB ,三个顶点A (1,2),B (2,1),C (4,2),则点
D 的坐标为________.
答案 (2,4)
解析 ∵在梯形ABCD 中,DC =2AB ,AB ∥CD ,∴DC →=2AB →.设点D 的坐标为(x ,y ),则DC →
=(4-x,2-y ),AB →
=(1,-1),
∴(4-x,2-y )=2(1,-1), 即(4-x,2-y )=(2,-2),
∴⎩
⎪⎨
⎪⎧
4-x =2,2-y =-2,解得⎩
⎪⎨
⎪⎧
x =2,
y =4,故点D 的坐标为(2,4).
12.在△ABC 中,角A ,B ,C 所对的边分别为a ,b ,c ,设向量p =(a +c ,b ),q =(b -a ,c -a ),若p ∥q ,则角C 的大小为________.
答案 60°
解析 由p ∥q ,得(a +c )(c -a )=b (b -a ),整理, 得b 2
+a 2
-c 2
=ab .
由余弦定理,得cos C =a 2+b 2-c 22ab =1
2
.
又0°<C <180°,∴C =60°.
13.(2017·太原三模)在△ABC 中,AB =3,AC =2,∠BAC =60°,点P 是△ABC 内一点(含边界),若AP →=23
AB →+λAC →,则|AP →
|的最大值为________.
答案
213
3
解析 以A 为原点,以AB 所在的直线为x 轴,建立如图所示的坐标系,
∵AB =3,AC =2,∠BAC =60°, ∴A (0,0),B (3,0),
C (1,3),
设点P 为(x ,y ),0≤x ≤3,0≤y ≤3, ∵AP →=23
AB →+λAC →,
∴(x ,y )=2
3
(3,0)+λ(1,3)=(2+λ,3λ),
∴⎩⎨
⎧
x =2+λ,y =3λ,
∴y =3(x -2),① 直线BC 的方程为y =-
3
2
(x -3),② 联立①②,解得⎩⎪⎨
⎪⎧
x =73
,y =33
,
此时|AP →|最大,∴|AP →|=
499+13=2133
. 14.(2018·江西南昌一模)已知三角形ABC 中,AB =AC ,BC =4,∠BAC =120°,BE →
=3EC →,若点P 是BC 边上的动点,则AP →·AE →
的取值范围是________.
答案 ⎣⎢⎡⎦
⎥⎤-23,103 解析 因为AB =AC ,BC =4,∠BAC =120°,所以∠ABC =30°,AB =433.因为BE →=3EC →
,
所以BE →=34
BC →.
设BP →=tBC →,则0≤t ≤1,所以AP →=AB →+BP →=AB →+tBC →,又AE →=AB →+BE →=AB →+34BC →,
所以AP →·AE →=(AB →+tBC →)·⎝ ⎛⎭⎪⎫AB →+34BC →
=AB →2+tBC →·AB →+34BC →·AB →+34
tBC →2
=163+t ×4×433cos150°+34×4×433cos150°+34t ×42
=4t -23, 因为0≤t ≤1,所以-23≤4t -23≤103,
即AP →·AE →的取值范围是⎣⎢⎡⎦⎥⎤-23,103. 三、解答题
15.给定两个长度为1的平面向量OA →和OB →
,它们的夹角为2π3
.如图所示,点C 在以O
为圆心的
上运动.若OC →=xOA →+yOB →
,其中x ,y ∈R ,求x +y 的最大值.
解 以O 为坐标原点,OA →
所在的直线为x 轴建立平面直角坐标系,如图所示,则
A (1,0),
B ⎝ ⎛⎭
⎪⎫-12,
32. 设∠AOC =α⎝ ⎛⎭⎪⎫α∈⎣
⎢⎡⎦⎥⎤0,2π3,
则C (cos α,sin α),
由OC →=xOA →+yOB →
,得⎩⎪⎨
⎪⎧
cos α=x -12
y ,
sin α=3
2
y ,
所以x =cos α+
33sin α,y =233
sin α, 所以x +y =cos α+3sin α=2sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫α+π6,
又α∈⎣
⎢⎡⎦⎥⎤0,2π3,所以当α=π3时,x +y 取得最大值2.
16.(2018·湖北襄阳阶段测试)在如图所示的平面直角坐标系中,已知点A (1,0)和点
B (-1,0),|O
C →
|=1,且∠AOC =x ,其中O 为坐标原点.
(1)若x =34
π,设点D 为线段OA 上的动点,求|OC →+OD →
|的最小值;
(2)若x ∈⎣⎢⎡⎦⎥⎤0,π2,向量m =BC →,n =(1-cos x ,sin x -2cos x ),求m ·n 的最小值及对
应的x 值.
解 (1)设D (t,0)(0≤t ≤1),由题易知C ⎝ ⎛
⎭
⎪⎫-22,22, 所以OC →+OD →=⎝ ⎛
⎭⎪⎫-22
+t ,22,
所以|OC →+OD →|2=12-2t +t 2
+12=t 2-2t +1=⎝ ⎛⎭⎪⎫t -222+12(0≤t ≤1),
所以当t =
22时,|OC →+OD →|2
最小,最小值为22
. (2)由题意得C (cos x ,sin x ),m =BC →
=(cos x +1,sin x ), 则m ·n =1-cos 2
x +sin 2
x -2sin x cos x =1-cos2x -sin2x =1-2sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫2x +π4. 因为x ∈⎣⎢⎡⎦⎥⎤0,π2,所以π4≤2x +π4≤5π4,
所以当2x +π4=π2,即x =π
8时,
sin ⎝
⎛⎭⎪⎫2x +π4取得最大值1, 所以m ·n 的最小值为1-2,此时x =π
8
.。