高考数学一轮复习第4章平面向量4.3平面向量的数量积及其应用课件理
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第十二页,共69页。
2.教材衍化 (1)(必修 A4 P108T3)已知 a·b=-12 2,|a|=4,a 和 b 的 夹角为 135°,则|b|为( ) A.12 B.6 C.3 3 D.3 解析 a·b=-12 2=|a||b|cos135°, 解得|b|=6.故选 B.
第十三页,共69页。
第4章 平面(píngmiàn)向量
4.3 平面(píngmiàn)向量的数量积及其应 用
第一页,共69页。
第二页,共69页。
基础知识过关(guò〃 guān)
第三页,共69页。
[知识梳理] 1.两个向量的夹角
第四页,共69页。
2.平面向量的数量积
第五页,共69页。
3.平面向量数量积的性质 设 a,b 都是非零向量,e 是单位向量,θ 为 a 与 b(或 e) 的夹角,则 (1)e·a=a·e=|a|cosθ.
典例 已知△ABC 是边长为 1 的等边三角形,点 D,
E 分别是边 AB,BC 的中点,连接 DE 并延长到点 F,使得
DE=2EF,则A→F·B→C的值为( )
A.-58
1 B.8
1 C.4
11 D. 8
本题可采用向量坐标法.
第十八页,共69页。
解析 建立平面直角坐标系,如图.
则 B-12,0,C12,0,
A0,
23,
第十九页,共69页。
所以B→C=(1,0).
易知 DE=12AC,则 EF=14AC=14,
因为∠FEC=60°,
所以点 F 的坐标为18,- 83,
所以A→F=18,-5
8
3,
所以A→F·B→C=18,-583·(1,0)=18.故选 B.
第二十页,共69页。
角度 2 平面向量的夹角与垂直问题
=|A→B|= x2-x12+y2-y12
.
(3)设两个非零向量 a,b,a=(x1,y1),b=(x2,y2),则 a⊥b⇔ x1x2+y1y2=0 .
第八页,共69页。
(4)设两个非零向量 a,b,a=(x1,y1),b=(x2,y2),θ 是 a 与 b 的夹角,则 cosθ= x21x+1xy2+21·yx1y22+2 y22.
(2)因为 a+b=(cosα+cosβ,sinα+sinβ)=(0,1), 所以csionsαα++scionsββ==10,, 由此得 cosα=cos(π-β),由 0<β<π,得 0<π-β<π. 又 0<α<π,所以 α=π-β.
第三十六页,共69页。
代入 sinα+sinβ=1,得 sinα=sinβ=12, 又 α>β,所以 α=56π,β=π6.
冲关针对训练
1.已知向量 a,b,c,满足|a|=2,|b|=a·b=3,若(c
-2a)·c-23b=0,则|b-c|的最小值是(
)
A.2- 3 B.2+ 3 C.1 D.2
第二十八页,共69页。
解析 根据条件,设 a=(1, 3),b=(3,0),设 c=(x, y),则(c-2a)·c-23b=(x-2,y-2 3)·(x-2,y)=0;
又如下图,向量 a 和 c 在 b 的方向上的投影相等,故 a·b =b·c,但 a≠c.
第十页,共69页。
(4)两个向量的数量积是一个实数. ∴0·a=0(实数)而 0·a=0. (5)数量积不满足结合律(a·b)·c≠a·(b·c). (6)a·b 中的“·”不能省略.
第十一页,共69页。
[诊断自测] 1.概念辨析 (1)一个向量在另一个向量方向上的投影为数量,而不 是向量.( √ ) (2)两个向量的数量积是一个实数,向量的加、减、数 乘运算的结果是向量.( √ ) (3)若 a·b>0,则 a 和 b 的夹角为锐角;若 a·b<0,则 a 和 b 的夹角为钝角.( × ) (4)在△ABC 中,A→B ·B→C =|A→B |·|B→C |cosB.( × )
解析 由题意知 a·b=|a||b|cos60°=2×1×12=1,则|a +2b|2=(a+2b)2=|a|2+4|b|2+4a·b=4+4+4=12.
所以|a+2b|=2 3.
第十六页,共69页。
经典(jīngdiǎn)题型冲关
第十七页,共69页。
题型 1 平面向量数量积的运算 角度 1 求数量积
典例 已知△ABC 周长为 6,a,b,c 分别为角 A,B,
C 的对边,且 a,b,c 成等比数列,则B→A·B→C的取值范围为
()
A.[2,18)
C.2,27-29
5
B.3
52-1,2
D.(2,9-3 5)
本题采用转化思想、向量法、余弦定理.
第二十一页,共69页。
解析 由题意可得 a+b+c=6,且 b2=ac,
第三十二页,共69页。
题型 2 平面向量的综合应用 角度 1 在平面几何中的应用 典例 已知△ABC 的三边长 AC=3,BC=4,AB=5, P 为 AB 边 上 任 意 一 点 , 则 C→P ·( B→A - B→C ) 的 最 大 值 为 ____9____.
本题采用坐标法、基向量法.
第三十三页,共69页。
特别提醒:(1)a 在 b 方向上的投影与 b 在 a 方向上的投 影不是一个概念,要加以区别.
(2)对于两个非零向量 a 与 b,由于当 θ=0°时,a·b>0, 所以 a·b>0 是两个向量 a,b 夹角为锐角的必要而不充分条 件;a·b=0 也不能推出 a=0 或 b=0,因为 a·b=0 时,有可 能 a⊥b.
第七页,共69页。
5.平面向量数量积有关性质的坐标表示 设向量 a=(x1,y1),b=(x2,y2),则 a·b= x1x2+y1y2 ,
由此得到 (1)若 a=(x,y),则|a|2= x2+y2 或|a|=
x2+y2 .
(2)设 A(x1,y1),B(x2,y2),则 A,B 两点间的距离|AB|
第三十七页,共69页。
角度 3 向量与解析几何的综合
典例1 已知动直线 l 与圆 O:x2+y2=4 相交于 A,B 两点,且满足|AB|=2,点 C 为直线 l 上一点,且满足C→B=52 C→A,若 M 是线段 AB 的中点,则O→C·O→M的值为( )
A.3 B.2 3 C.2 D.-3
题.
运用数形结合思想,坐标法化为代数问
第三十八页,共69页。
解析 动直线 l 与圆 O:x2+y2=4 相交于 A,B 两点, 且满足|AB|=2,则△OAB 为等边三角形, 于是可设动直线 l 为 y= 3(x+2),
根据题意可得 B(-2,0),A(-1, 3),
第三十九页,共69页。
头
质
检
)
已
知
向
量
B→A =
12,
3
2
,
B→C
=
23,12,则∠ABC=(
)
A.30° B.45° C.60° D.120°
解析 选 A.
cos∠ABC=|BB→→AA|·|BB→→CC|= 23,所以∠ABC=30°.故
第十五页,共69页。
(2)已知向量 a,b 的夹角为 60°,|a|=2, |b|=1,则|a+ 2b|=__2___3___.
第二十六页,共69页。
方法技巧 求向量模及最值(范围)的方法
1.代数法,把所求的模表示成某个变量的函数,再用 求最值的方法求解.
2.几何法(数形结合法),弄清所求的模表示的几何意 义,结合动点表示的图形求解.
3.利用绝对值三角不等式||a|-|b||≤|a±b|≤|a|+|b|求模 的取值范围.
第二十七页,共69页。
第二十五页,共69页。
解法二:同解法一得P→A+P→C=2P→O(O 为坐标原点),又 P→B=P→O+O→B,∴|P→A+P→B+P→C|=|3P→O+O→B|≤3|P→O|+|O→B| =3×2+1=7,当且仅当P→O与O→B同向时取等号,此时 B 点 坐标为(-1,0),故|P→A+P→B+P→C|max=7.故选 B.
解析 解法一:A→E·B→D=A→D+12A→B·(A→D-A→B)=A→D2- 12A→B2=22-12×22=2.
第三十一页,共69页。
解法二:以 A 为原点建立平面直角坐标系(如图),可得 A(0,0),E(1,2),B(2,0),C(2,2),D(0,2),A→E=(1,2),B→D=(- 2,2),则A→E·B→D=(1,2)·(-2,2)=1×(-2)+2×2=2.
(2)a⊥b⇔ a·b=0 .
(3)当 a 与 b 同向时,a·b=|a||b|; 当 a 与 b 反向时,a·b=-|a||b|. 特别地,a·a= |a|2 或|a|= a·a .
第六页,共69页。
(4)cosθ=|aa|·|bb|. (5)|a·b|≤ |a||b| . 4.平面向量数量积满足的运算律 (1)a·b= b·a ; (2)(λa)·b= λ(a·b) = a·(λb) (λ 为实数); (3)(a+b)·c= a·c+b·c .
(2)(必修 A4 P104 例 1)已知|a|=5,|b|=4,a 与 b 的夹角 θ=120°,则向量 b 在向量 a 方向上的投影为___-__2___.
解析 由数量积的定义知,b 在 a 方向上的投影为 |b|cosθ=4×cos120°=-2.
第十四页,共69页。
3.小题热身
(1)(2017·包
解析 (坐标法)以 C 为原点,建立平面直角坐标系如图 所示,设 P 点坐标为(x,y)且 0≤y≤3,0≤x≤4,则C→P·(B→A- B→C)=C→P·C→A=(x,y)·(0,3)=3y,当 y=3 时,取得最大值 9.
第三十四页,共69页。
角度 2 三角函数与向量
典例 已知向量 a=(cosα,sinα),b=(cosβ,sinβ), 0<β<α<π.
(1)若|a-b|= 2,求证:a⊥b; (2)设 c=(0,1),若 a+b=c,求 α,β 的值.
程.
利用转化法将向量方程转化为三角方
第三十五页,共69页。
解 (1)证明:由题意得|a-b|2=2,即(a-b)2=a2-2a·b +b2=2.
因为 a2=b2=|a|2=|b|2=1,所以 1-2a·b+1=2.所以 a·b =0.故 a⊥b.
第九页,共69页。
(3)在实数运算中,若 a,b∈R,则|ab|=|a|·|b|,若 a·b =b·c(b≠0),则 a=c.但对于向量 a,b 却有|a·b|≤|a|·|b|;若 a·b=b·c(b≠0),则 a=c 不一定成立.例如 a·b=|a||b|cosθ, 当 cosθ=0 时,a 与 c 不一定相等.
∴
B→A
·B→C
=
accosB
=
a2+c2-b2 2
=
a+c2-2ac-b2 2
=
6-b22-3b2=-(b+3)2+27,
则 2≤B→A·B→C<27-29 5.故选 C.
第二十三页,共69页。
角度 3 求向量的模(或最值、范围) 典例 已知点 A,B,C 在圆 x2+y2=1 上运动,且 AB⊥BC.若点 P 的坐标为(2,0),则|P→A+P→B+P→C|的最大值为 () A.6 B.7 C.8 D.9
∴(x-2)2+(y- 3)2=3; ∴c 的终点在以(2, 3)为圆心, 3为半径的圆上,如 图所示:
第二十九页,共69页。Fra bibliotek∴|b-c|的最小值为 2-32+ 3-02- 3=2- 3.
故选 A.
第三十页,共69页。
2.已知正方形 ABCD 的边长为 2,E 为 CD 的中点, 则A→E·B→D=____2____.
∴b= ac≤a+2 c=6-2 b,从而 0<b≤2.
再由|a-c|<b,得(a-c)2<b2,(a+c)2-4ac<b2,
∴(6-b)2-4b2<b2,得 b2+3b-9>0.
又
b>0,解得
3 b>
52-3,
∴3 52-3<b≤2,
第二十二页,共69页。
∵cosB=a2+2ca2c-b2=a2+2ca2c-ac,
本题采用三角函数法、不等式法.
第二十四页,共69页。
解析 解法一:由圆周角定理及 AB⊥BC,知 AC 为圆 的直径.
故P→A+P→C=2P→O=(-4,0)(O 为坐标原点). 设 B(cosα,sinα),∴P→B=(cosα-2,sinα),∴P→A+P→B+ P→C=(cosα-6,sinα),|P→A+P→B+P→C|= cosα-62+sin2α= 37-12cosα≤ 37+12=7,当且仅当 cosα=-1 时取等 号,此时 B(-1,0),故|P→A+P→B+P→C|的最大值为 7.故选 B.
2.教材衍化 (1)(必修 A4 P108T3)已知 a·b=-12 2,|a|=4,a 和 b 的 夹角为 135°,则|b|为( ) A.12 B.6 C.3 3 D.3 解析 a·b=-12 2=|a||b|cos135°, 解得|b|=6.故选 B.
第十三页,共69页。
第4章 平面(píngmiàn)向量
4.3 平面(píngmiàn)向量的数量积及其应 用
第一页,共69页。
第二页,共69页。
基础知识过关(guò〃 guān)
第三页,共69页。
[知识梳理] 1.两个向量的夹角
第四页,共69页。
2.平面向量的数量积
第五页,共69页。
3.平面向量数量积的性质 设 a,b 都是非零向量,e 是单位向量,θ 为 a 与 b(或 e) 的夹角,则 (1)e·a=a·e=|a|cosθ.
典例 已知△ABC 是边长为 1 的等边三角形,点 D,
E 分别是边 AB,BC 的中点,连接 DE 并延长到点 F,使得
DE=2EF,则A→F·B→C的值为( )
A.-58
1 B.8
1 C.4
11 D. 8
本题可采用向量坐标法.
第十八页,共69页。
解析 建立平面直角坐标系,如图.
则 B-12,0,C12,0,
A0,
23,
第十九页,共69页。
所以B→C=(1,0).
易知 DE=12AC,则 EF=14AC=14,
因为∠FEC=60°,
所以点 F 的坐标为18,- 83,
所以A→F=18,-5
8
3,
所以A→F·B→C=18,-583·(1,0)=18.故选 B.
第二十页,共69页。
角度 2 平面向量的夹角与垂直问题
=|A→B|= x2-x12+y2-y12
.
(3)设两个非零向量 a,b,a=(x1,y1),b=(x2,y2),则 a⊥b⇔ x1x2+y1y2=0 .
第八页,共69页。
(4)设两个非零向量 a,b,a=(x1,y1),b=(x2,y2),θ 是 a 与 b 的夹角,则 cosθ= x21x+1xy2+21·yx1y22+2 y22.
(2)因为 a+b=(cosα+cosβ,sinα+sinβ)=(0,1), 所以csionsαα++scionsββ==10,, 由此得 cosα=cos(π-β),由 0<β<π,得 0<π-β<π. 又 0<α<π,所以 α=π-β.
第三十六页,共69页。
代入 sinα+sinβ=1,得 sinα=sinβ=12, 又 α>β,所以 α=56π,β=π6.
冲关针对训练
1.已知向量 a,b,c,满足|a|=2,|b|=a·b=3,若(c
-2a)·c-23b=0,则|b-c|的最小值是(
)
A.2- 3 B.2+ 3 C.1 D.2
第二十八页,共69页。
解析 根据条件,设 a=(1, 3),b=(3,0),设 c=(x, y),则(c-2a)·c-23b=(x-2,y-2 3)·(x-2,y)=0;
又如下图,向量 a 和 c 在 b 的方向上的投影相等,故 a·b =b·c,但 a≠c.
第十页,共69页。
(4)两个向量的数量积是一个实数. ∴0·a=0(实数)而 0·a=0. (5)数量积不满足结合律(a·b)·c≠a·(b·c). (6)a·b 中的“·”不能省略.
第十一页,共69页。
[诊断自测] 1.概念辨析 (1)一个向量在另一个向量方向上的投影为数量,而不 是向量.( √ ) (2)两个向量的数量积是一个实数,向量的加、减、数 乘运算的结果是向量.( √ ) (3)若 a·b>0,则 a 和 b 的夹角为锐角;若 a·b<0,则 a 和 b 的夹角为钝角.( × ) (4)在△ABC 中,A→B ·B→C =|A→B |·|B→C |cosB.( × )
解析 由题意知 a·b=|a||b|cos60°=2×1×12=1,则|a +2b|2=(a+2b)2=|a|2+4|b|2+4a·b=4+4+4=12.
所以|a+2b|=2 3.
第十六页,共69页。
经典(jīngdiǎn)题型冲关
第十七页,共69页。
题型 1 平面向量数量积的运算 角度 1 求数量积
典例 已知△ABC 周长为 6,a,b,c 分别为角 A,B,
C 的对边,且 a,b,c 成等比数列,则B→A·B→C的取值范围为
()
A.[2,18)
C.2,27-29
5
B.3
52-1,2
D.(2,9-3 5)
本题采用转化思想、向量法、余弦定理.
第二十一页,共69页。
解析 由题意可得 a+b+c=6,且 b2=ac,
第三十二页,共69页。
题型 2 平面向量的综合应用 角度 1 在平面几何中的应用 典例 已知△ABC 的三边长 AC=3,BC=4,AB=5, P 为 AB 边 上 任 意 一 点 , 则 C→P ·( B→A - B→C ) 的 最 大 值 为 ____9____.
本题采用坐标法、基向量法.
第三十三页,共69页。
特别提醒:(1)a 在 b 方向上的投影与 b 在 a 方向上的投 影不是一个概念,要加以区别.
(2)对于两个非零向量 a 与 b,由于当 θ=0°时,a·b>0, 所以 a·b>0 是两个向量 a,b 夹角为锐角的必要而不充分条 件;a·b=0 也不能推出 a=0 或 b=0,因为 a·b=0 时,有可 能 a⊥b.
第七页,共69页。
5.平面向量数量积有关性质的坐标表示 设向量 a=(x1,y1),b=(x2,y2),则 a·b= x1x2+y1y2 ,
由此得到 (1)若 a=(x,y),则|a|2= x2+y2 或|a|=
x2+y2 .
(2)设 A(x1,y1),B(x2,y2),则 A,B 两点间的距离|AB|
第三十七页,共69页。
角度 3 向量与解析几何的综合
典例1 已知动直线 l 与圆 O:x2+y2=4 相交于 A,B 两点,且满足|AB|=2,点 C 为直线 l 上一点,且满足C→B=52 C→A,若 M 是线段 AB 的中点,则O→C·O→M的值为( )
A.3 B.2 3 C.2 D.-3
题.
运用数形结合思想,坐标法化为代数问
第三十八页,共69页。
解析 动直线 l 与圆 O:x2+y2=4 相交于 A,B 两点, 且满足|AB|=2,则△OAB 为等边三角形, 于是可设动直线 l 为 y= 3(x+2),
根据题意可得 B(-2,0),A(-1, 3),
第三十九页,共69页。
头
质
检
)
已
知
向
量
B→A =
12,
3
2
,
B→C
=
23,12,则∠ABC=(
)
A.30° B.45° C.60° D.120°
解析 选 A.
cos∠ABC=|BB→→AA|·|BB→→CC|= 23,所以∠ABC=30°.故
第十五页,共69页。
(2)已知向量 a,b 的夹角为 60°,|a|=2, |b|=1,则|a+ 2b|=__2___3___.
第二十六页,共69页。
方法技巧 求向量模及最值(范围)的方法
1.代数法,把所求的模表示成某个变量的函数,再用 求最值的方法求解.
2.几何法(数形结合法),弄清所求的模表示的几何意 义,结合动点表示的图形求解.
3.利用绝对值三角不等式||a|-|b||≤|a±b|≤|a|+|b|求模 的取值范围.
第二十七页,共69页。
第二十五页,共69页。
解法二:同解法一得P→A+P→C=2P→O(O 为坐标原点),又 P→B=P→O+O→B,∴|P→A+P→B+P→C|=|3P→O+O→B|≤3|P→O|+|O→B| =3×2+1=7,当且仅当P→O与O→B同向时取等号,此时 B 点 坐标为(-1,0),故|P→A+P→B+P→C|max=7.故选 B.
解析 解法一:A→E·B→D=A→D+12A→B·(A→D-A→B)=A→D2- 12A→B2=22-12×22=2.
第三十一页,共69页。
解法二:以 A 为原点建立平面直角坐标系(如图),可得 A(0,0),E(1,2),B(2,0),C(2,2),D(0,2),A→E=(1,2),B→D=(- 2,2),则A→E·B→D=(1,2)·(-2,2)=1×(-2)+2×2=2.
(2)a⊥b⇔ a·b=0 .
(3)当 a 与 b 同向时,a·b=|a||b|; 当 a 与 b 反向时,a·b=-|a||b|. 特别地,a·a= |a|2 或|a|= a·a .
第六页,共69页。
(4)cosθ=|aa|·|bb|. (5)|a·b|≤ |a||b| . 4.平面向量数量积满足的运算律 (1)a·b= b·a ; (2)(λa)·b= λ(a·b) = a·(λb) (λ 为实数); (3)(a+b)·c= a·c+b·c .
(2)(必修 A4 P104 例 1)已知|a|=5,|b|=4,a 与 b 的夹角 θ=120°,则向量 b 在向量 a 方向上的投影为___-__2___.
解析 由数量积的定义知,b 在 a 方向上的投影为 |b|cosθ=4×cos120°=-2.
第十四页,共69页。
3.小题热身
(1)(2017·包
解析 (坐标法)以 C 为原点,建立平面直角坐标系如图 所示,设 P 点坐标为(x,y)且 0≤y≤3,0≤x≤4,则C→P·(B→A- B→C)=C→P·C→A=(x,y)·(0,3)=3y,当 y=3 时,取得最大值 9.
第三十四页,共69页。
角度 2 三角函数与向量
典例 已知向量 a=(cosα,sinα),b=(cosβ,sinβ), 0<β<α<π.
(1)若|a-b|= 2,求证:a⊥b; (2)设 c=(0,1),若 a+b=c,求 α,β 的值.
程.
利用转化法将向量方程转化为三角方
第三十五页,共69页。
解 (1)证明:由题意得|a-b|2=2,即(a-b)2=a2-2a·b +b2=2.
因为 a2=b2=|a|2=|b|2=1,所以 1-2a·b+1=2.所以 a·b =0.故 a⊥b.
第九页,共69页。
(3)在实数运算中,若 a,b∈R,则|ab|=|a|·|b|,若 a·b =b·c(b≠0),则 a=c.但对于向量 a,b 却有|a·b|≤|a|·|b|;若 a·b=b·c(b≠0),则 a=c 不一定成立.例如 a·b=|a||b|cosθ, 当 cosθ=0 时,a 与 c 不一定相等.
∴
B→A
·B→C
=
accosB
=
a2+c2-b2 2
=
a+c2-2ac-b2 2
=
6-b22-3b2=-(b+3)2+27,
则 2≤B→A·B→C<27-29 5.故选 C.
第二十三页,共69页。
角度 3 求向量的模(或最值、范围) 典例 已知点 A,B,C 在圆 x2+y2=1 上运动,且 AB⊥BC.若点 P 的坐标为(2,0),则|P→A+P→B+P→C|的最大值为 () A.6 B.7 C.8 D.9
∴(x-2)2+(y- 3)2=3; ∴c 的终点在以(2, 3)为圆心, 3为半径的圆上,如 图所示:
第二十九页,共69页。Fra bibliotek∴|b-c|的最小值为 2-32+ 3-02- 3=2- 3.
故选 A.
第三十页,共69页。
2.已知正方形 ABCD 的边长为 2,E 为 CD 的中点, 则A→E·B→D=____2____.
∴b= ac≤a+2 c=6-2 b,从而 0<b≤2.
再由|a-c|<b,得(a-c)2<b2,(a+c)2-4ac<b2,
∴(6-b)2-4b2<b2,得 b2+3b-9>0.
又
b>0,解得
3 b>
52-3,
∴3 52-3<b≤2,
第二十二页,共69页。
∵cosB=a2+2ca2c-b2=a2+2ca2c-ac,
本题采用三角函数法、不等式法.
第二十四页,共69页。
解析 解法一:由圆周角定理及 AB⊥BC,知 AC 为圆 的直径.
故P→A+P→C=2P→O=(-4,0)(O 为坐标原点). 设 B(cosα,sinα),∴P→B=(cosα-2,sinα),∴P→A+P→B+ P→C=(cosα-6,sinα),|P→A+P→B+P→C|= cosα-62+sin2α= 37-12cosα≤ 37+12=7,当且仅当 cosα=-1 时取等 号,此时 B(-1,0),故|P→A+P→B+P→C|的最大值为 7.故选 B.