(广东专用)2013高考数学总复习 第四章第四节 平面向量应用举例课件 理
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P→A=(2,-y),P→B=(1,a-y), ∴P→A+3P→B=(5,3a-4y), |P→A+3P→B|2=25+(3a-4y)2, 由点 P 是腰 DC 上的动点,知 0≤y≤a. 因此当 y=34a 时,|P→A+3P→B|2 的最小值为 25. ∴|P→A+3P→B|的最小值为 5.
【答案】 5
规范解答之八 数量积在解析几何中的应用
(14 分)(2012·茂名质检)已知平面上一定点 C(-1,0)和一定 直线 l:x=-4,P 为该平面上一动点,作 PQ⊥l,垂足为 Q,且 (P→Q+2P→C)·(P→Q-2P→C)=0.
4.平面直角坐标系 xOy 中,若定点 A(1,2)与动点 P(x,y)满 足O→P·O→A=4,则点 P 的轨迹方程是________.
【解析】 ∵O→P·O→A=4,∴(x,y)·(1,2)=4. ∴x+2y-4=0.
【答案】 x+2y-4=0
向量在平面几何中的应用
如图4-4-1所示,在等腰直角三角 形ABC中,∠ACB=90°,CA=CB,D 为BC的中点,E是AB上的一点,且AE= 2EB.求证:AD⊥CE.
3.向量与相关知识的交汇 平面向量作为一种工具,常与函数(三角函数),解析几何结合, 常通过向量的线性运算与数量积,向量的共线与垂直求解相关 问题.
过点(1,2)且与向量a=(4,2)所在的直线平行的直线,其斜率与a 的坐标有何关系?你能写出该直线的方程吗?
【提示】 直线的斜率 k=24=12,为 a 的纵坐标与横坐标的比值, ∴直线方程为 y-2=12(x-1),即 x-2y+3=0.
【答案】 C
从近两年的高考试题来看,用向量方法解决简单的平面 几何及力学问题,要求较低,只是在2011·天津,2010·辽宁 高考中各考一个小题,重点考查向量方法的简单应用,另外向 量作为载体,常与相关知识交汇,平面向量在其中起一个穿针 引线的作用,如2011·江西高考,此类题目常以向量的运算为 切入口,体现了向量的工具性作用.
(2011·天津高考)已知直角梯形 ABCD 中,AD∥BC, ∠ADC=90°,AD=2,BC=1,P 是腰 DC 上的动点,则|P→A+3P→B |的最小值为________.
【解析】 以 D 为原点,分别以 DA、DC 所在直线为 x、y 轴建立如图所示的平面直角坐标系,设 DC=a,DP=y.则 D(0,0), A(2,0),C(0,a),B(1,a),P(0,y),
一质点受到平面上的三个力 F1、F2、F3(单位:牛顿)
的作用而处于平衡状态.已知 F1、F2 成 60°角,且 F1、F2 的大小
分别为 2 和 4,则 F3 的大小为( )
A.2 7
B.2 5
C.2
D.6
【解析】 如图所示,由已知得 F1+F2 +F3=0,
∴F3=-(F1+F2). F23=F21+F22+2F1·F2 =F21+F22+2|F1||F2|cos 60°=28.
∴|F3|=2 7.
【答案】 A
向量在三角函数中的应用
(2012·韶关调研)已知向量 a=(cos α,sin α), b=(cos β,sin β),c=(-1,0). (1)求向量 b+c 的长度的最大值; (2)设 α=π4且 a⊥(b+c),求 cos β 的值. 【思路点拨】 (1)把b+c用坐标表示,再求|b+c|2的表达式;
∴(m-12)2+(n-12)2=21,
∴点(m,n)在以(12,12)为圆心,
2为半径的圆上. 2
∵圆心(12,12)到直线l的距离d=|12+12+1|= 2
2,
∴直线 x+y+1=0 与圆(m-21)2+(n-21)2=12相离,
∴点(m,n)到直线 l 的距离的最小值为 d-r=
2-
22=
2 2.
(2)f(x)=2a·b+1=2(-cos2x+sin xcos x)+1 =2sin xcos x-(2cos2x-1)=sin 2x-cos 2x = 2sin(2x-π4). ∵x∈[π2,98π],∴2x-π4∈[34π,2π],
故 sin(2x-π4)∈[-1, 22], ∴当 2x-π4=34π,即 x=π2时,f(x)max=1.
1.(教材改编题)若向量O→F1=(2,2),O→F2=(-2,3)分别表示两
个力 F1 与 F2,则|F1+F2|为( )
A.2.5
B.4 2
C.2 2
D.5
【解析】 ∵F1+F2=(2,2)+(-2,3)=(0,5), ∴|F1+F2|= 0+52=5.
【答案】 D
2.已知 O 是△ABC 所在平面上一点,若O→A·O→B=O→B·O→C=
已知向量 a=(cos x,sin x),b=(-cos x,cos x), c=(-1,0).
(1)若 x=π6,求向量 a,c 的夹角; (2)当 x∈[π2,98π]时,求函数 f(x)=2a·b+1 的最大值.
【解】 (1)当 x=π6时,a=( 23,12),且 c=(-1,0), 则|a|=1,|c|=1, ∴cos 〈a,c〉=|aa|··|cc|= 23,211×·-1 1,0=- 23. ∵0≤〈a,c〉≤π,∴〈a,c〉=56π.
(2)由向量垂直得数量积为0,从而列方程求解.
【尝试解答】 (1)b+c=(cos β-1,sin β),则 |b+c|2=(cos β-1)2+sin2β=2(1-cos β). ∵-1≤cos β≤1. ∴0≤|b+c|2≤4, 即 0≤|b+c|≤2. 当 cos β=-1 时,有|b+c|=2, 所以向量 b+c 的长度的最大值为 2.
向量在物理中的应用
如图4-4-2所示,已知力F与水 平方向的夹角为30°(斜向上),F的大 小为50 N,F拉着一个重80 N的木块在 摩擦因数μ=0.02的水平平面上运动了 20 m,问F、摩擦力f所做的功分别为多 少?
【思路点拨】 力在位移上所做的功,是向量数量积的物理含 义,要先求出力F,f和位移的夹角.
a·b
=___|a_|_|b_|___= xx21+1x2y+21 yx122y+2 y22,②|AB|=|A→B|=
=
___x_2_-__x_1_2_+___y_2-__y_1__2 ____.
2.向量在物理中的应用 (1)向量的加法、减法在力的分解与合成中的应用. (2)向量在速度的分解与合成中的应用. (3)向量的数量积在合力做功问题中的应用:W=f·s.
则P→A=(a,3), A→M=(x-a,y),M→Q=(-x,b-y).
由P→A·A→M=0,得 a(x-a)+3y=0.
①
由A→M=-23M→Q,得(x-a,y)=-32(-x,b-y).
∴xy=-32a= y-3232xb,,
∴ab= =- 3y. x2,
把 a=-x2代入①,得-x2(x+x2)+3y=0,
【尝试解答】 设木块的位移为 s,
则 F·s=|F|·|s|cos 30°=50×20× 23=500 3 J, F 在竖直方向上的分力大小为 |F|sin 30°=50×12=25(N), 所以摩擦力 f 的大小为|f|=(80-25)×0.02=1.1(N), 所以 f·s=|f|·|s|cos 180° =1.1×20×(-1)=-22 J.
第四节 平面向量应用举例
1.向量在几何中的应用
(1)证明线段平行或点共线问题,常用共线向量定理:a∥b ⇔____a_=__λ_b______ ⇔x1y2-x2y1=0(b≠0).
(2)证明垂直问题,常用数量积的运算性质: a⊥b⇔_____a_·_b_=__0____ ⇔x1x2+y1y2=0. (3)平面几何中夹角与线段长度计算,常用①cos〈a,b〉
(2)若
α=π4,则
a=(
2, 2
22).
又由 b=(cos β,sin β),c=(-1,0),得
a·(b+c)=(
2, 2
2 2 )·(cos
β-1,sin β)
=
2 2 cos
β+
2 2 sin
β-
2 2.
∵a⊥(b+c),
∴a·(b+c)=0,即 cos β+sin β=1,∴sin β=1-cos β.
整理得 y=14x2.
∴动点 M 的轨迹方程是 y=14x2(x≠0).
1.(1)向量法解决平面解析几何问题的关键是把点的坐标 转换成向量的坐标,然后进行向量的运算.(2)相等向量、共线 向量、垂直向量的坐标形式经常用到,必须熟练掌握.
2.向量在解析几何中出现,多用于“包装”,求解这类 问题要根据向量的意义与运算“脱去”向量外衣,导出曲线上 点的坐标之间的关系,从而解决有关斜率、距离、轨迹与最值 等问题.
O→C·O→A,则 O 是△ABC 的( )
A.内心
B.重心
C.外心
D.垂心
【解析】 O→A·O→B=O→B·O→C⇒O→B·(O→A-O→C)=0, ∴O→B·C→A=0⇒OB⊥AC. 同理:OA⊥BC,OC⊥AB, ∴O 是△ABC 的垂心.
【答案】 D
3.设a,b,c为同一平面内具有相同起点的任意三个非零向量, 且 满足 a与 b不 共线 , a⊥c , |a|= |c|, 则 |b·c|的 值 一 定等 于 () A.以a,b为两边的平行四边形的面积 B.以b,c为两边的平行四边形的面积 C.以a,b为两边的三角形的面积 D.以b,c为两边的三角形的面积 【解析】 由题知,a⊥c,∴|cos〈b,c〉|=|sin〈a,b〉|. 又|a|=|c|,∴|b·c|=|b||c|cos〈b,c〉=|b||a|sin〈a,b〉. 【答案】 A
平方后化简得 cos β(cos β-1)=0.
解得 cos β=0 或 cos β=1,
经检验 cos β=0 或 cos β=1 满足题设要求.
故 cos β 的值是 1 或 0.
1.解答本题主要用到两方面的知识,一是把向量模转化 为向量的数量积,二是把向量垂直转化为数量积为0.
2.平面向量与三角函数结合的题目的解题思路通常是将 向量的数量积与模经过坐标运算后转化为三角问题,然后利用 三角函数基本公式求解.
∴A→D⊥C→E,即 AD⊥CE.
1.本题把证明 AD⊥CE 转化为证明向量垂直,即证明A→D·C→E =0.解题的关键是把A→D,C→E用基向量C→A,C→B表示出来,然后利 用向量的运算法则和性质解决问题.
2.用向量法解决几何问题的“三步曲”,先用向量表示相应 的点、线段、夹角等几何元素;通过平面向量的运算解决向量问 题;把向量运算结果“翻译”成几何关系.
【思路点拨】 要证 AD⊥CE,只需证A→D·C→E=0.
【尝试解答】 A→D·C→E=(A→C+21C→B)·(C→A+23A→B) =-|A→C|2+12C→B·C→A+23A→B·A→C+13A→B·C→B =-|A→C|2+12|C→B||C→A|cos 90°+23 2|A→C|2cos 45°+ 32|A→C|2cos 45° =- |A→C|2+ |A→C|2= 0,
∴F,f 所做的功分别是 500 3J,-22 J.
1 .(1) 物 理学 中 的 “ 功” 可 看 作 是向 量 的 数 量积 的 原 型.(2)善于将平面向量与物理知识进行类比.例如,向量加法 的平行四边形法则可与物理中力、位移的合成分解进行类比.
2.用向量方法解决物理问题的步骤:一是把物理问题中 的相关量用向量表示;二是转化为向量问题的模型,通过向量 运算解决问题;三是将结果还原为物理问题.
已知向量 a=(1,0),b=(0,1),若向量 c=(m,n)满足(a -c)·(b-c)=0,则点(m,n)到直线 l:x+y+1=0 的距离的最小 值为( )
A.21
B.1
C.
2 2
D. 2
【解析】 ∵a=(1,0),b=(0,1),c=(m,n),
由(a-c)·(b-c)=0 得-m(1-m)-n(1-n)=0,
向量在解析几何中的应用
已知点 P(0,-3),点 A 在 x 轴上,点 Q 在 y 轴的正半轴 上,点 M 满足P→A·A→M=0,A→M=-32M→Q,当点 A 在 x 轴上移动 时,求动点 M 的轨迹方程.
【思路点拨】 设动点M(x,y),利用向量共线,垂直等条件 构建x,y满足的代数方程.
【尝试解答】 设 M(x,y),A(a,0),Q(0,b)(b>0),
【答案】 5
规范解答之八 数量积在解析几何中的应用
(14 分)(2012·茂名质检)已知平面上一定点 C(-1,0)和一定 直线 l:x=-4,P 为该平面上一动点,作 PQ⊥l,垂足为 Q,且 (P→Q+2P→C)·(P→Q-2P→C)=0.
4.平面直角坐标系 xOy 中,若定点 A(1,2)与动点 P(x,y)满 足O→P·O→A=4,则点 P 的轨迹方程是________.
【解析】 ∵O→P·O→A=4,∴(x,y)·(1,2)=4. ∴x+2y-4=0.
【答案】 x+2y-4=0
向量在平面几何中的应用
如图4-4-1所示,在等腰直角三角 形ABC中,∠ACB=90°,CA=CB,D 为BC的中点,E是AB上的一点,且AE= 2EB.求证:AD⊥CE.
3.向量与相关知识的交汇 平面向量作为一种工具,常与函数(三角函数),解析几何结合, 常通过向量的线性运算与数量积,向量的共线与垂直求解相关 问题.
过点(1,2)且与向量a=(4,2)所在的直线平行的直线,其斜率与a 的坐标有何关系?你能写出该直线的方程吗?
【提示】 直线的斜率 k=24=12,为 a 的纵坐标与横坐标的比值, ∴直线方程为 y-2=12(x-1),即 x-2y+3=0.
【答案】 C
从近两年的高考试题来看,用向量方法解决简单的平面 几何及力学问题,要求较低,只是在2011·天津,2010·辽宁 高考中各考一个小题,重点考查向量方法的简单应用,另外向 量作为载体,常与相关知识交汇,平面向量在其中起一个穿针 引线的作用,如2011·江西高考,此类题目常以向量的运算为 切入口,体现了向量的工具性作用.
(2011·天津高考)已知直角梯形 ABCD 中,AD∥BC, ∠ADC=90°,AD=2,BC=1,P 是腰 DC 上的动点,则|P→A+3P→B |的最小值为________.
【解析】 以 D 为原点,分别以 DA、DC 所在直线为 x、y 轴建立如图所示的平面直角坐标系,设 DC=a,DP=y.则 D(0,0), A(2,0),C(0,a),B(1,a),P(0,y),
一质点受到平面上的三个力 F1、F2、F3(单位:牛顿)
的作用而处于平衡状态.已知 F1、F2 成 60°角,且 F1、F2 的大小
分别为 2 和 4,则 F3 的大小为( )
A.2 7
B.2 5
C.2
D.6
【解析】 如图所示,由已知得 F1+F2 +F3=0,
∴F3=-(F1+F2). F23=F21+F22+2F1·F2 =F21+F22+2|F1||F2|cos 60°=28.
∴|F3|=2 7.
【答案】 A
向量在三角函数中的应用
(2012·韶关调研)已知向量 a=(cos α,sin α), b=(cos β,sin β),c=(-1,0). (1)求向量 b+c 的长度的最大值; (2)设 α=π4且 a⊥(b+c),求 cos β 的值. 【思路点拨】 (1)把b+c用坐标表示,再求|b+c|2的表达式;
∴(m-12)2+(n-12)2=21,
∴点(m,n)在以(12,12)为圆心,
2为半径的圆上. 2
∵圆心(12,12)到直线l的距离d=|12+12+1|= 2
2,
∴直线 x+y+1=0 与圆(m-21)2+(n-21)2=12相离,
∴点(m,n)到直线 l 的距离的最小值为 d-r=
2-
22=
2 2.
(2)f(x)=2a·b+1=2(-cos2x+sin xcos x)+1 =2sin xcos x-(2cos2x-1)=sin 2x-cos 2x = 2sin(2x-π4). ∵x∈[π2,98π],∴2x-π4∈[34π,2π],
故 sin(2x-π4)∈[-1, 22], ∴当 2x-π4=34π,即 x=π2时,f(x)max=1.
1.(教材改编题)若向量O→F1=(2,2),O→F2=(-2,3)分别表示两
个力 F1 与 F2,则|F1+F2|为( )
A.2.5
B.4 2
C.2 2
D.5
【解析】 ∵F1+F2=(2,2)+(-2,3)=(0,5), ∴|F1+F2|= 0+52=5.
【答案】 D
2.已知 O 是△ABC 所在平面上一点,若O→A·O→B=O→B·O→C=
已知向量 a=(cos x,sin x),b=(-cos x,cos x), c=(-1,0).
(1)若 x=π6,求向量 a,c 的夹角; (2)当 x∈[π2,98π]时,求函数 f(x)=2a·b+1 的最大值.
【解】 (1)当 x=π6时,a=( 23,12),且 c=(-1,0), 则|a|=1,|c|=1, ∴cos 〈a,c〉=|aa|··|cc|= 23,211×·-1 1,0=- 23. ∵0≤〈a,c〉≤π,∴〈a,c〉=56π.
(2)由向量垂直得数量积为0,从而列方程求解.
【尝试解答】 (1)b+c=(cos β-1,sin β),则 |b+c|2=(cos β-1)2+sin2β=2(1-cos β). ∵-1≤cos β≤1. ∴0≤|b+c|2≤4, 即 0≤|b+c|≤2. 当 cos β=-1 时,有|b+c|=2, 所以向量 b+c 的长度的最大值为 2.
向量在物理中的应用
如图4-4-2所示,已知力F与水 平方向的夹角为30°(斜向上),F的大 小为50 N,F拉着一个重80 N的木块在 摩擦因数μ=0.02的水平平面上运动了 20 m,问F、摩擦力f所做的功分别为多 少?
【思路点拨】 力在位移上所做的功,是向量数量积的物理含 义,要先求出力F,f和位移的夹角.
a·b
=___|a_|_|b_|___= xx21+1x2y+21 yx122y+2 y22,②|AB|=|A→B|=
=
___x_2_-__x_1_2_+___y_2-__y_1__2 ____.
2.向量在物理中的应用 (1)向量的加法、减法在力的分解与合成中的应用. (2)向量在速度的分解与合成中的应用. (3)向量的数量积在合力做功问题中的应用:W=f·s.
则P→A=(a,3), A→M=(x-a,y),M→Q=(-x,b-y).
由P→A·A→M=0,得 a(x-a)+3y=0.
①
由A→M=-23M→Q,得(x-a,y)=-32(-x,b-y).
∴xy=-32a= y-3232xb,,
∴ab= =- 3y. x2,
把 a=-x2代入①,得-x2(x+x2)+3y=0,
【尝试解答】 设木块的位移为 s,
则 F·s=|F|·|s|cos 30°=50×20× 23=500 3 J, F 在竖直方向上的分力大小为 |F|sin 30°=50×12=25(N), 所以摩擦力 f 的大小为|f|=(80-25)×0.02=1.1(N), 所以 f·s=|f|·|s|cos 180° =1.1×20×(-1)=-22 J.
第四节 平面向量应用举例
1.向量在几何中的应用
(1)证明线段平行或点共线问题,常用共线向量定理:a∥b ⇔____a_=__λ_b______ ⇔x1y2-x2y1=0(b≠0).
(2)证明垂直问题,常用数量积的运算性质: a⊥b⇔_____a_·_b_=__0____ ⇔x1x2+y1y2=0. (3)平面几何中夹角与线段长度计算,常用①cos〈a,b〉
(2)若
α=π4,则
a=(
2, 2
22).
又由 b=(cos β,sin β),c=(-1,0),得
a·(b+c)=(
2, 2
2 2 )·(cos
β-1,sin β)
=
2 2 cos
β+
2 2 sin
β-
2 2.
∵a⊥(b+c),
∴a·(b+c)=0,即 cos β+sin β=1,∴sin β=1-cos β.
整理得 y=14x2.
∴动点 M 的轨迹方程是 y=14x2(x≠0).
1.(1)向量法解决平面解析几何问题的关键是把点的坐标 转换成向量的坐标,然后进行向量的运算.(2)相等向量、共线 向量、垂直向量的坐标形式经常用到,必须熟练掌握.
2.向量在解析几何中出现,多用于“包装”,求解这类 问题要根据向量的意义与运算“脱去”向量外衣,导出曲线上 点的坐标之间的关系,从而解决有关斜率、距离、轨迹与最值 等问题.
O→C·O→A,则 O 是△ABC 的( )
A.内心
B.重心
C.外心
D.垂心
【解析】 O→A·O→B=O→B·O→C⇒O→B·(O→A-O→C)=0, ∴O→B·C→A=0⇒OB⊥AC. 同理:OA⊥BC,OC⊥AB, ∴O 是△ABC 的垂心.
【答案】 D
3.设a,b,c为同一平面内具有相同起点的任意三个非零向量, 且 满足 a与 b不 共线 , a⊥c , |a|= |c|, 则 |b·c|的 值 一 定等 于 () A.以a,b为两边的平行四边形的面积 B.以b,c为两边的平行四边形的面积 C.以a,b为两边的三角形的面积 D.以b,c为两边的三角形的面积 【解析】 由题知,a⊥c,∴|cos〈b,c〉|=|sin〈a,b〉|. 又|a|=|c|,∴|b·c|=|b||c|cos〈b,c〉=|b||a|sin〈a,b〉. 【答案】 A
平方后化简得 cos β(cos β-1)=0.
解得 cos β=0 或 cos β=1,
经检验 cos β=0 或 cos β=1 满足题设要求.
故 cos β 的值是 1 或 0.
1.解答本题主要用到两方面的知识,一是把向量模转化 为向量的数量积,二是把向量垂直转化为数量积为0.
2.平面向量与三角函数结合的题目的解题思路通常是将 向量的数量积与模经过坐标运算后转化为三角问题,然后利用 三角函数基本公式求解.
∴A→D⊥C→E,即 AD⊥CE.
1.本题把证明 AD⊥CE 转化为证明向量垂直,即证明A→D·C→E =0.解题的关键是把A→D,C→E用基向量C→A,C→B表示出来,然后利 用向量的运算法则和性质解决问题.
2.用向量法解决几何问题的“三步曲”,先用向量表示相应 的点、线段、夹角等几何元素;通过平面向量的运算解决向量问 题;把向量运算结果“翻译”成几何关系.
【思路点拨】 要证 AD⊥CE,只需证A→D·C→E=0.
【尝试解答】 A→D·C→E=(A→C+21C→B)·(C→A+23A→B) =-|A→C|2+12C→B·C→A+23A→B·A→C+13A→B·C→B =-|A→C|2+12|C→B||C→A|cos 90°+23 2|A→C|2cos 45°+ 32|A→C|2cos 45° =- |A→C|2+ |A→C|2= 0,
∴F,f 所做的功分别是 500 3J,-22 J.
1 .(1) 物 理学 中 的 “ 功” 可 看 作 是向 量 的 数 量积 的 原 型.(2)善于将平面向量与物理知识进行类比.例如,向量加法 的平行四边形法则可与物理中力、位移的合成分解进行类比.
2.用向量方法解决物理问题的步骤:一是把物理问题中 的相关量用向量表示;二是转化为向量问题的模型,通过向量 运算解决问题;三是将结果还原为物理问题.
已知向量 a=(1,0),b=(0,1),若向量 c=(m,n)满足(a -c)·(b-c)=0,则点(m,n)到直线 l:x+y+1=0 的距离的最小 值为( )
A.21
B.1
C.
2 2
D. 2
【解析】 ∵a=(1,0),b=(0,1),c=(m,n),
由(a-c)·(b-c)=0 得-m(1-m)-n(1-n)=0,
向量在解析几何中的应用
已知点 P(0,-3),点 A 在 x 轴上,点 Q 在 y 轴的正半轴 上,点 M 满足P→A·A→M=0,A→M=-32M→Q,当点 A 在 x 轴上移动 时,求动点 M 的轨迹方程.
【思路点拨】 设动点M(x,y),利用向量共线,垂直等条件 构建x,y满足的代数方程.
【尝试解答】 设 M(x,y),A(a,0),Q(0,b)(b>0),