高考数学专题复习第二轮第18讲 平面向量与解析几何

第１８讲 平面向量与解析几何在高中数学新课程教材中，学生学习平面向量在前，学习解析几何在后，而且教材中二者知识整合的不多，很多学生在学习中就“平面向量”解平面向量题，不会应用平面向量去解决解析几何问题。

用向量法解决解析几何问题思路清晰，过程简洁，有意想不到的神奇效果。

著名教育家布鲁纳说过：学习的最好刺激是对所学材料的兴趣，简单的重复将会引起学生大脑疲劳，学习兴趣衰退。

这充分揭示方法求变的重要性，如果我们能重视向量的教学，必然能引导学生拓展思路，减轻负担。

一、知识整合平面向量是高中数学的新增内容，也是新高考的一个亮点。

向量知识、向量观点在数学、物理等学科的很多分支有着广泛的应用，它具有代数形式和几何形式的“双重身份”，能融数形与一体，能与中学数学教学内容的的许多主干知识综合，形成知识交汇点。

而在高中数学体系中，解析几何占有着很重要的地位，有些问题用常规方法去解决往往运算比较繁杂，不妨运用向量作形与数的转化，则会大大简化过程。

二、例题解析例1、（2000年全国高考题）椭圆14922=+yx的焦点为F ,1F 2，点P 为其上的动点，当∠F 1PF 2为钝角时，点P 横坐标的取值范围是___。

解：F 1（－5,0）F 2（5,0）,设P （3cos θ,2sin θ） 21PF F ∠ 为钝角∴ 123cos ,2sin )3cos ,2sin )PF PF θθθθ⋅=--⋅- （=9cos 2θ－5＋4sin 2θ=5 cos 2θ－1<0解得：55cos 55<<-θ ∴点P 横坐标的取值范围是（553,553-） 点评：解决与角有关的一类问题，总可以从数量积入手。

本题中把条件中的角为钝角转化为向量的数量积为负值，通过坐标运算列出不等式，简洁明了。

例2、已知定点A(-1,0)和B(1,0)，P 是圆(x-3)2+(y-4)2=4上的一动点，求22PA PB +的最大值和最小值。

分析：因为O 为AB 的中点，所以2,P A P B P O +=故可利用向量把问题转化为求向量O P 的最值。

解：设已知圆的圆心为C ，由已知可得：{1,0},{1,0}O A O B =-=0,1O A O B O A O B ∴+=⋅=-又由中点公式得2PA PB PO += 所以222()2PA PBPA PB PA PB +=+-⋅=2(2)2()()PO O A O P O B O P --⋅-=224222(PO OA OB OP OP -⋅-+⋅ =222OP +又因为{3,4}O C =点P 在圆(x-3)2+(y-4)2=4上所以5,2,O C C P ==且OP OC CP =+ 所以O C C P O P O C C P O C C P -≤=+≤+即37O P ≤≤故2222022100PA PBOP ≤+=+≤所以22PA PB +的最大值为100，最小值为20。

点评：有些解几问题虽然没有直接用向量作为已知条件出现，但如果运用向量知识来解决，也会显得自然、简便，而且易入手。

例3、（2003年天津高考题）O 是平面上一定点，A 、B 、C 是平面上不共线的三个点，动点P 满足(OA OP ++=λ，[)∞∈＋，0λ，则P 的轨迹一定通过△ABC 的（ ）（A ）外心 （B ）内心 （C ）重心 （D ）垂心分析：因为||||AB ACAB AC AB AC、分别是与、同向的单位向量，由向量加法的平行四边形则知||||A B A C A B A C + 是与∠ABC 的角平分线（射线）同向的一个向量，又()AB ACO P O A AP AB ACλ-==+，知P 点的轨迹是∠ABC 的角平分线，从而点P 的轨迹一定通过△ABC 的内心。

反思：根据本题的结论，我们不难得到求一个角的平分线所在的直线方程的步骤；（1） 由顶点坐标（含线段端点）或直线方程求得角两边的方向向量12v v 、；（2） 求出角平分线的方向向量1212v v v v v =+（3） 由点斜式或点向式得出角平分线方程。

{直线的点向式方程：过P （00,x y ），其方向向量为(,)v a b ，其方程为00x x y y a b--=} 例4、（2003年天津）已知常数0>a ，向量(0,)(1,0)c a ==，i ，经过原点O 以c i λ+ 为方向向量的直线与经过定点),0(a A 以2i c λ-为方向向量的直线相交于点P ，其中R ∈λ．试问：是否存在两个定点F E 、，使得PE PF +为定值，若存在，求出F E 、的坐标；若不存在，说明理由．（本小题主要考查平面向量的概念和计算,求轨迹的方法，椭圆的方程和性质，利用方程判定曲线的性质，曲线与方程的关系等解析几何的基本思想和综合解题能力.）解：根据题设条件，首先求出点P 坐标满足的方程，据此再判断是否存在两定点，使得点P 到两定点距离的和为定值.∵(0,)(1,0)c a ==，i ， ∴c i λ+ =（λ，a ），2i c λ- =（1，－2λa ）. 因此，直线OP 和AP 的方程分别为 axy=λ 和 ax a y λ2-=-.消去参数λ，得点),(y x P 的坐标满足方程222)(x a a y y -=-.整理得 .1)2()2(81222=-+a a y x……① 因为,0>a 所以得：（i ）当22=a 时，方程①是圆方程，故不存在合乎题意的定点E 和F ；（ii ）当220<<a 时，方程①表示椭圆，焦点)2,2121(2a a E -和)2,2121(2a a F --为合乎题意的两个定点； （iii ）当22>a时，方程①也表示椭圆，焦点))21(21,0(2-+a a E 和))21(21,0(2--a a F 为合乎题意的两个定点.点评：本题以平面向量为载体，考查求轨迹的方法、利用方程判定曲线的性质、曲线与方程的关系等解析几何的基本思想和综合解题能力。

去掉平面向量的背景，我们不难看到，本题即为下题：在△OAP 中，O （0，0）、A （0，a ）为两个定点，另两边OP 与AP 的斜率分别是(0),2aa λλλ≠-，求P 的轨迹。

而课本上有一道习题（数学第二册（上）第96页练习题4）：三角形ABC 的两个顶点A 、B 的坐标分别是（-6，0）、（6，0），边AC 、BC 所在直线的斜率之积等于49-，求顶点C 的轨迹方程。

通过本例可见高考题目与课本的密切关系。

例5．（2004年天津卷理22）椭圆的中心是原点O ，它的短轴长为22，相应于焦点F （c ，0）（0>c ）的准线l 与x 轴相交于点A ，|OF|=2|FA|，过点A 的直线与椭圆相交于P 、Q 两点. （1）求椭圆的方程及离心率； （2）若0=⋅OQ OP ，求直线PQ 的方程；（3）设AQ AP λ=（1>λ），过点P 且平行于准线l 的直线与椭圆相交于另一点M ，证明FQ FM λ-=.分析：本小题主要考查椭圆的标准方程和几何性质，直线方程，平面向量的计算，曲线和方程的关系等解析几何的基本思想方法和综合解题能力. （1）解：由题意，可设椭圆的方程为)2(12222>=+a yax .由已知得⎪⎩⎪⎨⎧-==-).(2,2222c c ac c a 解得2,6==c a所以椭圆的方程为12622=+yx，离心率36=e .（2）解：由（1）可得A （3，0）.设直线PQ 的方程为)3(-=x k y .由方程组⎪⎩⎪⎨⎧-==+)3(,12622x k y yx 得062718)13(2222=-+-+k x k x k 依题意0)32(122>-=∆k ，得3636<<-k .设),(),,(2211y x Q y x P ，则13182221+=+kk x x ， ① 136272221+-=kk x x . ②由直线PQ 的方程得)3(),3(2211-=-=x k y x k y .于是]9)(3[)3)(3(2121221221++-=--=x x x x k x x k y y . ③∵0=⋅OQ OP ，∴02121=+y y x x . ④ 由①②③④得152=k ，从而)36,36(55-∈±=k .所以直线PQ 的方程为035=--y x 或035=-+y x（2）证明：),3(),,3(2211y x AQ y x AP -=-=.由已知得方程组 ⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧=+=+=-=-.126,126,),3(3222221212121y x y x y y x x λλ 注意1>λ，解得λλ2152-=x 因),(),0,2(11y x M F -，故),1)3((),2(1211y x y x FM -+-=--=λ),21(),21(21y y λλλλ--=--=.而),21(),2(222y y x FQ λλ-=-=，所以FQ FM λ-=.三、总结提炼由于向量具有几何形式和代数形式的“双重身份”，使向量与解析几何之间有着密切联系，而新课程高考则突出了对向量与解析几何结合考查，这就要求我们在平时的解析几何教学与复习中，应抓住时机，有效地渗透向量有关知识，树立应用向量的意识。

应充分挖掘课本素材，在教学中从推导有关公式、定理，例题讲解入手，让学生去品位、去领悟，在公式、定理的探索、形成中逐渐体会向量的工具性，逐渐形成应用向量的意识，在教学中还应注重引导学生善于运用一些问题的结论，加以引申，使之成为解题方法，体会向量解题的优越性，在教学中还应注重引导学生善于运用向量方法解题，逐步树立运用向量知识解题的意识。