高中数学典型例题解析汇报平面向量与空间向量

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高中数学素材：平面向量与空间向量类比

平面向量与空间向量类比某某王建宏某某 X 金龙平面向量与空间向量有诸多相似之处，学习空间向量时若能与平面向量类比，往往会收到事半功倍的效果．本文以向量的线性表示为例（例1与例2）作简单介绍．例1 已知：如图1，在平面中，1OA OB OA ==，与OB 的夹角为120OC ，与OA 的夹角为25，5OC =．用OAOB ，表示OC ．解法一：OA OCcos OA OC AOC =∠5cos 25=．设OC OA OB λμ=+，则212OA OC OA OA OB λμλμ=+=-． 15cos 252λμ-=①同理由OB OC ，可得15cos952λμ-+=．② 由①②，可得103103sin 95sin 2533λμ==，， 103103sin 95sin 2533OC OA OB =+．解法二：如图2，以OA 所在直线为x 轴，点O 为坐标原点建立直角坐标系，则(5cos 255sin 25)OC ，．设OC OA OB λμ=+，则13(10)22OC λμ⎛⎫=+- ⎪ ⎪⎝⎭，，．解得103103sin 95sin 2533OC OA OB =+．解法三：如图3，作平行四边形OM ，设OM OAON OB λμ==，，由正弦定理得103103sin 95sin 2533OC OA OB =+（过程略）．例2 已知：正四面体O ABC -中，OA OB OC a ===，点O 在底面上的射影为G ，试用向量OAOB OC ，，表示OG ．解法一：如图4，∵OA =OB =OC ，∴点O 在底面的射影点G 为△ABC 的中心．取AB 的中点D ，则DG =13DC ． ∵13OG OD DG OD DC =+=+ 1()3OD OC OD =+-，又∵1()2OD OA OB =+， ∴2133OG OD OC =+ 111333OA OB OC =++．故111333OG OA OB OC =++．解法二：如图5，以点O 为原点，建立空间直角坐标系，设111222333()()()A x y z B x y z C x y z ，，，，，，，，，由定比分点坐标公式，可得点G 的坐标123123123333x x x y y y z z z ++++++⎛⎫ ⎪⎝⎭，，． 111333OG OA OB OC ∴=++．解法三：如图6，作平行六面体CENF OBMA -，使得正四面体O ABC -为其一个角上的小三棱锥，则ON OA OB OC =++．可证13OG ON =（过程略）．提起空间向量，许多同学会习惯于空间向量的直角坐标运算，忽略了空间向量本身的应用．2005年全国高中数学联赛第2题（例3），是利用空间向量（不建立空间直角坐标系）解立体几何问题的典型，应培养空间向量的应用意识．例3 如图7，空间四点AB C D ，，，满足 37119AB BC CD DA ====，，，，则AC BD 的取值（）（A ）只有一个（B ）有两个（C ）有四个（D ）有无穷多个此题设计精巧，构思奇妙，其来源于课本习题（具体化，并向空间推广），思维含量颇高．试题组提供的解答过程比较麻烦，此处从略．课本上有这样一道习题：已知四边形一组对边的平方和等于另一组对边的平方和，求证它的对角线互相垂直．这道习题有很多种证明方法，向量法简证如下：设AD AC AB ===，，a b c 则BD =-a c ，条件2222AB CD BC AD +=+即22()()+-=-+22c a b b c a ，展开整理可得a b =b c ，即()0-=b c a ，也就是0AC BD =，从而AC BDAC BD ，⊥⊥．上述证明与四边形ABCD 是平面图形还是立体图形无关，该结论也适合于空间问题．该试题可追溯到一道匈牙利数学竞赛试题：证明四边形一组对边的平方和等于另一组对边的平方和的充要条件是它的两条对角线互相垂直．该联赛试题的解答可简化为：由222231179+=+，则0AC BD AC BD =，⊥．故此题选（Ａ）．阿波罗尼斯圆比例为0.5阿波罗尼斯（Apollonius ）圆，简称阿氏圆。

高二数学空间向量及其运算1

高中数学学业水平考试总复习
必修4 第二章平面向量
第二课时向量的字符运算与坐标运算
学习目标 1.知道平面向量的基本定理及其意义，理
解平面向量的正交分解及其坐标表示，理解用坐标表示平面向量的加、减及数乘运算，了解用坐标表示平面向量共线的条件.
2.了解平面向量数量积的含义及其物理意义，了解平面向量的数量积与向量投影的关系，理解平面向量数量积的坐标表达式及其运算，理解运用数量积表示两个向量的夹角，并判断两个平面向量的垂直关系，掌握平面向量的应用，并关注学科内综合.【问题源自】向量的字符运算 tp

1 2

5730
例1 已知|a|＝1，|b|＝2，c＝a＋b，且 c⊥a，求向量 a与b的夹角. 120°
Auu＝Bur例22a＋设kab，，b是Cu两u＝Bur 个a＋不3共b，线的Cu＝uD向ur2量a－，b，
若A，B，D三点共线，求实数k的值.
－8
例3 已知a、b是平面内两个互相垂直
的单位向量，若非零向量c满足(a－c)·(b
－c)＝0，求|c|的最大值.
2
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厥极疾。时则有草妖，时则有蠃虫之孽，时则有羊祸，时则有目痾，时则有赤眚赤祥。惟水沴火”“视之不明，是谓不哲”，悊，知也。《诗》云“尔德不明，以亡陪亡卿。不明尔德，以亡背亡仄”言上不明，暗昧蔽惑，则不能知善恶，亲近匀，长同类，亡功者受赏，有罪者不杀，百官废乱，失在舒缓，故其咎舒也。盛夏日长，暑以养物，政弛缓，故其罚常奥也。奥则冬温，春夏不和，伤病民人，故极疾也。诛不行则霜不杀草，繇臣下则杀不以时，故有草妖。凡妖，貌则以服，言则以诗，听则以声。视则以色者，五色物之大分也，在於眚祥，故圣人以为草妖，失秉之明者也。温奥生虫，故有蠃虫之孽，谓螟螣之类当死不死，

高中空间向量练习题及讲解讲解

高中空间向量练习题及讲解讲解### 高中空间向量练习题及讲解#### 练习题一：空间向量的坐标运算题目：设空间向量\( \vec{a} \)和\( \vec{b} \)的坐标分别为\( (1, 2, 3) \)和\( (4, -1, 2) \)，求向量\( \vec{a} + \vec{b} \)的坐标。

解答：向量加法遵循坐标的分量相加原则。

对于向量\( \vec{a} \)和\( \vec{b} \)，其坐标分别为\( (a_1, a_2, a_3) \)和\( (b_1,b_2, b_3) \)，向量和的坐标为\( (a_1 + b_1, a_2 + b_2, a_3 +b_3) \)。

将给定的向量坐标代入公式，得到：\[ \vec{a} + \vec{b} = (1 + 4, 2 - 1, 3 + 2) = (5, 1, 5) \]#### 练习题二：空间向量的模长题目：已知空间向量\( \vec{c} \)的坐标为\( (2, 3, -1) \)，求向量\( \vec{c} \)的模长。

解答：空间向量的模长可以通过以下公式计算：\[ |\vec{c}| = \sqrt{c_1^2 + c_2^2 + c_3^2} \]将向量\( \vec{c} \)的坐标代入公式，得到：\[ |\vec{c}| = \sqrt{2^2 + 3^2 + (-1)^2} = \sqrt{4 + 9 + 1} = \sqrt{14} \]#### 练习题三：空间向量的夹角题目：设空间向量\( \vec{d} \)和\( \vec{e} \)的坐标分别为\( (1, 2, 1) \)和\( (2, 1, 3) \)，求向量\( \vec{d} \)和\( \vec{e} \)的夹角。

解答：空间向量\( \vec{d} \)和\( \vec{e} \)的夹角可以通过向量的点积来求得，公式为：\[ \cos \theta = \frac{\vec{d} \cdot \vec{e}}{|\vec{d}||\vec{e}|} \]首先计算点积：\[ \vec{d} \cdot \vec{e} = 1 \times 2 + 2 \times 1 + 1 \times 3 = 2 + 2 + 3 = 7 \]然后计算模长：\[ |\vec{d}| = \sqrt{1^2 + 2^2 + 1^2} = \sqrt{6} \]\[ |\vec{e}| = \sqrt{2^2 + 1^2 + 3^2} = \sqrt{14} \]代入公式计算夹角的余弦值：\[ \cos \theta = \frac{7}{\sqrt{6} \times \sqrt{14}} \]最后，通过反余弦函数求得夹角\( \theta \)。

高中数学典型例题解析平面向量与空间向量(可编辑修改word版)

b b 0 高中数学典型例题分析第八章平面向量与空间向量一、、疑难知识导析§8.1 平面向量及其运算1. 向量的概念的理解，尤其是特殊向量“零向量”向量是既有大小，又有方向的量．向量的模是正数或 0，是可以进行大小比较的，由于方向不能比较大小，所以向量是不能比大小的．两个向量的模相等，方向相同，我们称这两个向量相等，两个零向量是相等的，零向量与任何向量平行，与任何向量都是共线向量；2. 在运用三角形法则和平行四边形法则求向量的加减法时要注意起点和终点；3. 对于坐标形式给出的两个向量，在运用平行与垂直的充要条件时，一定要区分好两个公式，切不可混淆。

因此，建议在记忆时对比记忆；4. 定比分点公式中则要记清哪个点是分点；还有就是此公式中横坐标和纵坐标是分开计算的；5. 平移公式中首先要知道这个公式是点的平移公式，故在使用的过程中须将起始点的坐标给出，同时注意顺序。

二知识导学1. 模（长度）：向量的大小，记作| |。

长度为０的向量称为零向量，长度等于１个单位长度的向量，叫做单位向量。

2. 平行向量：方向相同或相反的非零向量叫做平行向量，又叫做共线向量。

3. 相等向量：长度相等且方向相同的向量。

4. 相反向量：我们把与向量 a 长度相等，方向相反的向量叫做 a 的相反向量。

记作- a。

5. 向量的加法：求两个向量和的运算。

已知 a ，。

在平面内任取一点，作 AB = a， BC = b ，则向量 AC 叫做 a 与的和。

b b 记作 a + 。

6. 向量的减法：求两个向量差的运算。

已知， a b 。

在平面内任取一点 O ，作OA = a ， OB = b ，则向量 BA 叫做 a 与b 的差。

记作 a - 。

7. 实数与向量的积：（1）定义：实数 λ 与向量 a 的积是一个向量，记作 λ a，并规定：①λ a 的长度|λ a |=|λ|·| a|；②当 λ＞0 时，λ a 的方向与 a的方向相同；当 λ＜0 时，λ a 的方向与 a的方向相反；当 λ＝0 时，λ a =（2）实数与向量的积的运算律：设 λ、μ 为实数，则①λ(μ a)=(λμ) ab b 1 1 b 2 2 b 1 2 2 1b b b b b2 ②(λ+μ) a =λ a +μ a③λ( a + b )=λ a+λ b8. 向量共线的充分条件：向量与非零向量 a共线的充要条件是有且只有一个实数 λ，使得＝λ a 。

高三数学空间向量试题答案及解析

高三数学空间向量试题答案及解析1.如图，长方体中，分别为中点，（1）求证：．（2）求二面角的正切值．【答案】（1）见解析（2）【解析】（1）由长方体及E、F分别为AB、C1D1的中点知，AE平行且等于C1F，所以AEC1F是平行四边形，所以C1E∥AF，由线面平行的判定定理知，C1E∥面ACF；（2）易证FG⊥面ABCD，过F作FH⊥AC于H，连结HG，因为FG⊥面ABCD，则FG⊥AC，所以∠FHG为二面角F—AC—G的平面角，然后通过解三角形，求出FG、GH的长，即可求出∠FHG的正切值，即为二面角F-AC-G的正切值.试题解析：(1)证明：在长方体中，分别为中点，且四边形是平行四边形3分，5分(2)．长方体中，分别为中点，7分过做于，又就是二面角的平面角 9分，在中， 11分直角三角形中 13分二面角的正切值为 14分考点:线面平行的判定定理；二面角的计算；逻辑推理能力2.如图，在直三棱柱A1B1C1－ABC中，AB⊥AC，AB＝AC＝2，A1A＝4，点D是BC的中点．(1)求异面直线A1B与C1D所成角的余弦值；(2)求平面ADC1与平面ABA1夹角的正弦值．【答案】（1）（2）【解析】解：(1)以A为坐标原点，建立如图所示的空间直角坐标系A－xyz，则A(0,0,0)，B(2,0,0)，C(0,2,0)，D(1,1,0)，A1(0,0,4)，C1(0,2,4)，∴＝(2,0，－4)，＝(1，－1，－4)．∵cos〈，〉＝＝＝，∴异面直线A1B与C1D所成角的余弦值为.(2)设平面ADC1的法向量为n1＝(x，y，z)，∵＝(1,1,0)，＝(0,2,4)，∴n1·＝0，n 1·＝0，即x＋y＝0且2y＋4z＝0，取z＝1，得x＝2，y＝－2，∴n1＝(2，－2,1)是平面ADC1的一个法向量．取平面AA1B的一个法向量为n2＝(0,1,0)，设平面ADC1与平面ABA1夹角的大小为θ.由cosθ＝＝＝，得sinθ＝.因此，平面ADC1与平面ABA1夹角的正弦值为.3.已知正方体ABCD－A1B1C1D1中，点E为上底面A1C1的中心，若＝＋x＋y，则x、y的值分别为()A．x＝1，y＝1B．x＝1，y＝C．x＝，y＝D．x＝，y＝1【答案】C【解析】如图，＝＋＝＋＝＋ (＋)．4.如图所示，已知空间四边形ABCD的每条边和对角线长都等于1，点E、F、G分别是AB、AD、CD的中点，计算：(1)·；(2)·；(3)EG的长；(4)异面直线AG与CE所成角的余弦值．【答案】（1）（2）－（3）（4）【解析】解：设＝a，＝b，＝c.则|a|＝|b|＝|c|＝1，〈a，b〉＝〈b，c〉＝〈c，a〉＝60°.＝BD＝c－a，＝－a，＝b－c，(1)·＝(c－a)·(－a)＝a2－a·c＝；(2)·＝ (c－a)·(b－c)＝ (b·c－a·b－c2＋a·c)＝－；(3)＝＋＋＝a＋b－a＋c－b＝－a＋b＋ c.||2＝a2＋b2＋c2－a·b＋b·c－c·a＝.即||＝，所以EG的长为.(4)设、的夹角为θ.＝b＋c，＝＋＝－b＋a，cosθ＝＝－，由于异面直线所成角的范围是(0°，90°]，所以异面直线AG与CE所成角的余弦值为.5.在如图所示的空间直角坐标系中，一个四面体的顶点坐标分别是（0,0,2），（2,2,0），（1,2，1），（2,2,2），给出编号①、②、③、④的四个图，则该四面体的正视图和俯视图分别为（）A．①和②B．③和①C．④和③D．④和②【答案】D【解析】设，在坐标系中标出已知的四个点，根据三视图的画图规则判断三棱锥的正视图为④与俯视图为②，故选D.【考点】空间由已知条件，在空间坐标系中作出几何体的形状，再正视图与俯视图，容易题.6.如图，直四棱柱底面直角梯形，∥，，是棱上一点，，，，，.（1）求异面直线与所成的角；（2）求证：平面.【答案】(1);（2）证明见解析.【解析】（1）本题中由于有两两垂直，因此在求异面直线所成角时，可以通过建立空间直角坐标系，利用向量的夹角求出所求角；（2）同（1）我们可以用向量法证明线线垂直，以证明线面垂直，，，，易得当然我们也可直线用几何法证明线面垂直，首先，这由已知可直接得到，而证明可在直角梯形通过计算利用勾股定理证明，，，因此，得证.（1）以原点，、、分别为轴、轴、轴建立空间直角坐标系.则，，，. 3分于是,,,异面直线与所成的角的大小等于. 6分（2）过作交于，在中，，，则，，，， 10分，.又，平面. 12分【考点】（1）异面直线所成的角；（2）线面垂直.7.（2013•天津）如图，四棱柱ABCD﹣A1B1C1D1中，侧棱A1A⊥底面ABCD，AB∥DC，AB⊥AD，AD=CD=1，AA1=AB=2，E为棱AA1的中点．（1）证明B1C1⊥CE；（2）求二面角B1﹣CE﹣C1的正弦值．（3）设点M在线段C1E上，且直线AM与平面ADD1A1所成角的正弦值为，求线段AM的长．【答案】（1）见解析（2）（3）【解析】（1）证明：以点A为原点建立空间直角坐标系，如图，依题意得A（0，0，0），B（0，0，2），C（1，0，1），B1（0，2，2），C1（1，2，1），E（0，1，0）．则，而=0．所以B1C1⊥CE；（2）解：，设平面B1CE的法向量为，则，即，取z=1，得x=﹣3，y=﹣2．所以．由（1）知B1C1⊥CE，又CC1⊥B1C1，所以B1C1⊥平面CEC1，故为平面CEC1的一个法向量，于是=．从而==．所以二面角B1﹣CE﹣C1的正弦值为．（3）解：，设0≤λ≤1，有．取为平面ADD1A1的一个法向量，设θ为直线AM与平面ADD1A1所成的角，则==．于是．解得．所以．所以线段AM的长为．8.如图，四棱锥P-ABCD中，PA⊥平面ABCD，E为BD的中点，G为PD的中点，△DAB≌△DCB，EA=EB=AB=1，PA=，连接CE并延长交AD于F.（1）求证：AD⊥平面CFG；（2）求平面BCP与平面DCP的夹角的余弦值.【答案】（1）见解析（2）【解析】（1）因为△DAB ≌△DCB，EA=EB=AB=1，所以△ECB是等边，,（2）建立空间坐标系如图，取向观点的坐标为, 向量设平面PBC的法向量平面PDC的法向量则【考点】本题主要考查空间垂直关系的证明、平行关系的运用，考查空间角的求解方法，考查空间想象能力、推理论证能力、计算能力.9.如图，四棱锥P-ABCD中，底面ABCD为平行四边形，∠DAB=60°,AB=2AD,PD⊥底面ABCD.（1）证明：PA⊥BD；（2）若PD=AD，求二面角A-PB-C的余弦值。

平面向量与空间向量重要概念解析

平面向量与空间向量重要概念解析向量是数学中常见的概念，它在平面几何和空间几何中都扮演着重要的角色。

本文将对平面向量和空间向量的概念进行解析，并探讨它们在几何学和物理学中的应用。

一、平面向量的概念解析平面向量是指在平面上具有大小和方向的量。

平面向量通常用符号表示，如AB表示从点A指向点B的向量。

平面向量有两个重要的性质，即大小和方向。

平面向量的大小可以用模长来表示，通常用两个坐标差的平方和的开方来计算。

设向量AB的坐标为(x1, y1)和(x2, y2)，则向量AB的模长记作||AB||，计算公式为：||AB|| = √((x2 - x1)^2 + (y2 - y1)^2)平面向量的方向可以用角度或方向角来表示。

与x轴的正向之间的夹角称为向量的方向角。

方向角的计算可以通过与x轴的夹角的三角函数比值来得到。

如果向量AB的方向角为α，则有：tanα = (y2 - y1) / (x2 - x1)平面向量的加法、减法和数量乘法等运算规则也是平面向量的重要性质。

向量的加法按照平行四边形法则进行，向量的减法可以通过加上负向量来实现，向量的数量乘法是将向量的模长与一个标量相乘。

二、空间向量的概念解析空间向量是指在空间中具有大小和方向的量。

与平面向量相比，空间向量多了一个维度，即在三维空间中进行描述。

空间向量通常用符号表示，如AB表示从点A指向点B的向量。

空间向量也有大小和方向两个重要的性质。

空间向量的大小可以用模长来表示，计算公式同平面向量。

设向量AB的坐标为(x1, y1, z1)和(x2, y2, z2)，则向量AB的模长记作||AB||，计算公式为：||AB|| = √((x2 - x1)^2 + (y2 - y1)^2 + (z2 - z1)^2)空间向量的方向可以用方向角来表示。

与x轴的正向之间的夹角称为向量的方向角，与xOy平面的法线向量之间的夹角称为倾斜角。

空间向量的方向可以通过方向角和倾斜角来确定。

高中数学空间向量经典例题及解析

高中数学空间向量经典例题及解析一、引言空间向量是高中数学的一个重要知识点，它涉及到三维空间中向量的加法、数乘、数量积和向量积等运算。

这些运算在解决实际问题中有着广泛的应用，因此学好空间向量对于学生来说至关重要。

本篇文章将通过经典例题的方式，对空间向量的相关知识点进行深入解析，以期帮助学生更好地掌握这一知识点。

二、经典例题及解析【例题1】在空间四边形中，已知两个向量，，求异面直线的夹角(锐角或直角)。

【解析】本题考查空间向量的夹角问题，需要利用两个向量的夹角公式。

【解答】首先根据向量的定义，可得到向量，的坐标分别为(, )。

根据向量的加法，可得向量的坐标为(, )。

又因为两个向量垂直，所以它们的数量积为0，即，所以。

根据异面直线夹角公式，可得异面直线的夹角为。

【例题2】在长方体中，已知三个向量，，求异面直线的夹角(锐角或直角)。

【解析】本题除了需要用到向量的加法、数乘、数量积和向量积等运算，还需要用到长方体的性质。

【解答】首先根据向量的定义，可得到向量的坐标分别为(, , )。

又因为长方体中，所以可以表示为和的线性组合，即或。

设所在直线的方向向量，所在平面的法向量，则的坐标分别为(, )。

根据向量夹角公式和向量垂直的条件，可得垂直于平面，所以。

又因为两个向量垂直，所以它们的数量积为0，即，所以。

根据异面直线夹角公式，可得异面直线AB与CD的夹角为。

【例题3】已知长方体，设点，求与平面之间的距离。

【解析】本题需要利用长方体的性质和向量的数量积求解。

【解答】设平面的法向量，则所在直线的方向向量。

因为点在平面内，所以点在平面外，所以向量，即。

又因为向量与平面共线，所以向量，即。

根据向量的数量积和点到平面的距离公式，可得与平面之间的距离为。

三、总结空间向量是高中数学的一个难点也是重点，通过经典例题的解析，我们可以更好地掌握空间向量的相关知识点。

在解决实际问题时，我们需要灵活运用向量的加法、数乘、数量积和向量积等运算，同时还要注意向量的表示和坐标的确定。

2021-2022学年高中数学经典解析-空间向量单元

空间向量1．理解空间向量的概念；掌握空间向量的加法、减法和数乘．2．了解空间向量的基本定理；理解空间向量坐标的概念；掌握空间向量的坐标运算．3．掌握空间向量的数量积的定义及其性质；掌握用直角坐标计算空间向量数量积的公式；掌握空间两点间的距离公式．理解空间向量的夹角的概念；掌握空间向量的数量积的概念、性质和运算律；了解空间向量的数量积的几何意义；掌握空间向量的数量积的坐标形式；能用向量的数量积判断向量的共线与垂直.第1课时空间向量及其运算空间向量是平面向量的推广．在空间，任意两个向量都可以通过平移转化为平面向量．因此，空间向量的加减、数乘向量运算也是平面向量对应运算的推广．本节知识点是：1．空间向量的概念，空间向量的加法、减法、数乘运算和数量积；(1)向量：具有和的量．(2)向量相等：方向且长度．(3)向量加法法则：．(4)向量减法法则：．(5)数乘向量法则：．2．线性运算律(1)加法交换律：a ＋b ＝．(2)加法结合律：(a ＋b )＋c ＝．(3)数乘分配律：λ(a ＋b )＝．3．共线向量(1)共线向量：表示空间向量的有向线段所在的直线互相或．(2)共线向量定理：对空间任意两个向量a 、b (b ≠0)，a ∥b 等价于存在实数λ，使．基础过关知识网络考纲导读高考导航空间向量定义、加法、减法、数乘运算数量积坐标表示：夹角和距离公式求距离求空间角证明平行与垂直(3)直线的向量参数方程：设直线l 过定点A 且平行于非零向量a ，则对于空间中任意一点O ，点P 在l 上等价于存在R t ∈，使．4．共面向量(1)共面向量：平行于的向量．(2)共面向量定理：两个向量a 、b 不共线，则向量P 与向量a 、b 共面的充要条件是存在实数对(y x ,)，使P ．共面向量定理的推论：．5．空间向量基本定理(1)空间向量的基底：的三个向量．(2)空间向量基本定理：如果a ，b ，c 三个向量不共面，那么对空间中任意一个向量p ，存在一个唯一的有序实数组z y x ,,，使．空间向量基本定理的推论：设O ，A ，B ，C 是不共面的的四点，则对空间中任意一点P ，都存在唯一的有序实数组z y x ,,，使．6．空间向量的数量积(1)空间向量的夹角：．(2)空间向量的长度或模：．(3)空间向量的数量积：已知空间中任意两个向量a 、b ，则a ·b ＝．空间向量的数量积的常用结论：(a)cos 〈a 、b 〉＝；(b)⎪a ⎪2＝；(c)a ⊥b ⇔．(4)空间向量的数量积的运算律：(a )交换律a ·b ＝；(b )分配律a ·(b ＋c )＝．例1．已知正方体ABCD—A 1B 1C 1D 1中，点F 是侧面CDD 1C 1的中心，若1AA y AB x AD AF ++=，求x －y 的值.变式训练1.在平行六面体1111D C B A ABCD -中，M 为AC 与BD 的交点，若=11B A a ，=11D A b ，=A A 1c ，则下列向量中与M B 1相等的向量是()A ．-21a ＋21b ＋c B ．21a ＋21b ＋c C ．21a -21b ＋cD ．-21a -21b ＋c典型例题ABCD ACB例2.底面为正三角形的斜棱柱ABC －A 1B 1C 1中，D 为AC 的中点，求证：AB 1∥平面C 1BD.变式训练2：正方体ABCD －EFGH 中，M 、N 分别是对角线AC 和BE 上的点，且AM ＝EN ．(1)求证：MN ∥平面FC ；(2)求证：MN ⊥AB ；(3)当MA 为何值时，MN 取最小值，最小值是多少？例3.已知四面体ABCD 中，AB ⊥CD ，AC ⊥BD ，G 、H 分别是△ABC 和△ACD 的重心．求证：(1)AD ⊥BC ；(2)GH ∥BD ．变式训练3：已知平行六面体1111D C B A ABCD ，E 、F 、G 、H 分别为棱AB C C C D D A 和11111,,的中点．求证：E 、F 、G 、H 四点共面．例4.如图，平行六面体AC1中，AE＝3EA1，AF＝FD，AG＝GB21，过E、F、G的平面与对角线AC1交于点P，求AP:PC1的值．变式训练4：已知空间四边形OABC中，M为BC的中点，N为AC的中点，P为OA的中点，Q为OB的中点，若AB＝OC，求证QNPM⊥．1．立体几何中有关垂直和平行的一些命题，可通过向量运算来证明．对于垂直，一般是利用a⊥b⇔a·b＝0进行证明．对于平行，一般是利用共线向量和共面向量定理进行证明．2．运用向量求解距离问题，其一般方法是找出代表相应距离的线段所对向量，然后计算这个向量对应的模．而计算过程中只要运用好加法法则，就总能利用一个一个的向量三角形，将所求向量用有模和夹角的已知向量表示出来，从而求得结果．3．利用向量求夹角(线线夹角、线面夹角、面面夹角)有时也很方便．其一般方法是将所求的角转化为求两个向量的夹角，而求两个向量的夹角则可以利用公式c osθb a．4．异面直线间的距离的向量求法：已知异面直线l1、l2，AB为其公垂线段，C、D分别为l1、l2上的任意一点，n为与AB共线的向量，则｜AB||n nCD.5．设平面α的一个法向量为n，点P是平面α外一点，且P o∈α，则点P到平面α的距离是d||n nPP o.1小结归纳第2课时空间向量的坐标运算设a ＝),,(321a a a ，b ＝),,(321b b b (1)a ±b ＝(2)λa ＝．(3)a ·b ＝．(4)a ∥b ⇔；a ⊥b ⇔．(5)设),,(),,,(222111z y x B z y x A ==则AB ＝，=AB ．AB 的中点M 的坐标为．例1.若a ＝(1,5,－1)，b ＝(－2,3,5)（1）若(k a +b )∥(a －3b )，求实数k 的值；（2）若(k a +b )⊥(a －3b )，求实数k 的值；（3）若a k 取得最小值，求实数k 的值．变式训练1.已知O 为原点，向量()()3,0,1,1,1,2,,OA OB OC OA BC ==-⊥ ∥OA，求AC ．典型例题基础过关例2.如图，直三棱柱111C B A ABC -，底面ABC ∆中，CA ＝CB ＝1， 90=∠BCA ，棱21=AA ，M 、N 分别A 1B 1、A 1A 是的中点．(1)求BM 的长；(2)求〉〈11,cos CB BA 的值；(3)求证：C B A 11⊥．变式训练2.在四棱锥P－ABCD 中，底面ABCD 为矩形，侧棱PA ⊥底面ABCD ，AB ＝3，BC ＝1，PA ＝2，E 为PD 的中点．(1)在侧面PAB 内找一点N ，使NE ⊥面PAC ，并求出N 点到AB 和AP 的距离；(2)求(1)中的点N 到平面PAC 的距离．例3.如图，在底面是棱形的四棱锥ABCD P -中，,,60a AC P A ABC ===∠ a PD PB 2==，点E 在PD 上，且PE :ED ＝2:1．(1)证明⊥P A 平面ABCD ；(2)求以AC 为棱，EAC 与DAC 为面的二面角θ的大小；(3)在棱PC 上是否存在一点F ，使BF ∥平面AEC xyABCP E D·例4.如图，多面体是由底面为ABCD 的长方体被截面AEFG 所截而得，其中AB ＝4，BC ＝1，BE ＝3，CF ＝4.(1)求EF 和点G 的坐标；(2)求GE 与平面ABCD 所成的角；(3)求点C 到截面AEFG 的距离．变式训练4.如图四棱锥P —ABCD 中，底面ABCD 是平行四边形，PG ⊥平面ABCD ，垂足为G ，G 在AD 上，且PG ＝4，GD AG 31，BG ⊥GC ，GB ＝GC ＝2，E 是BC 的中点．(1)求异面直线GE 与PC 所成的角的余弦值；(2)求点D 到平面PBG 的距离；(3)若F 点是棱PC 上一点，且DF ⊥GC ，求FCPF的值．对于以下几类立体几何问题：(1)共线与共面问题；(2)平行与垂直问题；(3)夹角问题；(4)距离问题；(5)探索性问题．运用向量来解决它们有时会体现出一定的优势．用空间向量解题的关键步骤是把所求向量用某个合适的基底表示，本节主要是用单位正交基底表示，就是适当地建立起空间直角坐标系，把向量用坐标表示，然后进行向量与向量的坐标运算，最后通过向量在数量上的关系反映出向量的空间位置关系，从而使问题得到解决．在寻求向量间的数量关系时，一个基本的思路是列方程，解方程．Z AD GE FCBxyPAGBCDFE空间向量章节测试题1．在正三棱柱ABC-A 1B 1C 1中，若AB=2，A A 1=1，则点A 到平面A 1BC 的距离为（）A ．43B ．23C ．433D ．32．在正三棱柱ABC-A 1B 1C 1中，若AB=2BB 1,则AB 1与C 1B 所成的角的大小为A.60ºB.90ºC.105ºD.75º3．正方体ABCD—A 1B 1C 1D 1中，E 、F 分别是AA 1与CC 1的中点，则直线ED 与D 1F 所成角的大小是（）A ．15B 。

解密高考数学中的平面向量与空间向量运算

解密高考数学中的平面向量与空间向量运算数学作为高考的一门重要科目，其内容繁多且考察层次较高。

其中，平面向量与空间向量运算作为高考数学中的重要知识点，被广大考生所关注。

本文将针对平面向量与空间向量运算进行详细解密，帮助考生更好地理解和应用这一知识点。

一、平面向量的定义和基本运算在解密平面向量运算之前，我们首先需要了解平面向量的定义和基本运算。

平面向量是指在平面内具有大小和方向的量，通常用箭头来表示。

具体来说，平面向量由起点和终点确定，箭头的方向表示向量的方向，箭头的长度表示向量的大小。

平面向量的基本运算包括加法、减法和数乘。

平面向量的加法用两个向量的始点相连作为新向量的始点，将两个向量的终点相连作为新向量的终点。

平面向量的减法则是将被减向量取相反向量后再进行加法运算。

平面向量的数乘是将向量的大小乘以一个实数。

在解密高考数学中的平面向量运算时，我们需要牢记这些基本运算规则，并能够熟练地应用到具体的题目中去。

二、平面向量的数量积和向量积除了基本的向量运算外，平面向量还涉及到数量积和向量积。

数量积又称点积或内积，用来计算两个向量之间的夹角和相对方向。

向量积又称叉积或外积，用来计算两个向量构成的平行四边形的面积和方向。

平面向量的数量积定义为两个向量的模长相乘再乘以它们的夹角的余弦值。

数学上可表示为：A·B = |A||B|cosθ其中，A和B分别为两个向量，|A|和|B|为它们的模长，θ为夹角。

平面向量的向量积定义为两个向量的模长相乘再乘以它们的夹角的正弦值乘以一个法向量，以得到一个新的向量。

数学上可表示为：A ×B = |A||B|sinθn其中，A和B分别为两个向量，|A|和|B|为它们的模长，θ为夹角，n为法向量。

高考数学中的平面向量运算题目往往会考查考生对数量积和向量积的理解和应用能力，因此我们需要通过大量练习题目来掌握这两种运算方法。

三、空间向量的定义和基本运算在解密高考数学中的空间向量运算之前，我们同样需要理解和掌握空间向量的基本概念和基本运算。

专题平面向量常见题型与解题指导

平面向量常见题型与解题指导一、考点回顾1、本章框图2、高考要求1、理解向量的概念，掌握向量的几何表示，了解共线向量的概念。

2、掌握向量的加法和减法的运算法则及运算律。

3、掌握实数与向量的积的运算法则及运算律，理解两个向量共线的充要条件。

4、了解平面向量基本定理，理解平面向量的坐标的概念，掌握平面向量的坐标运算。

5、掌握平面向量的数量积及其几何意义，了解用平面向量的数量积可以处理有关长度、角度和垂直的问题，掌握向量垂直的条件。

6、掌握线段的定比分点和中点坐标公式，并且能熟练运用；掌握平移公式。

7、掌握正、余弦定理，并能初步运用它们解斜三角形。

8、通过解三角形的应用的教学，继续提高运用所学知识解决实际问题的能力。

3、热点分析对本章内容的考查主要分以下三类：1.以选择、填空题型考查本章的基本概念和性质.此类题一般难度不大，用以解决有关长度、夹角、垂直、判断多边形形状等问题.2.以解答题考查圆锥曲线中的典型问题.此类题综合性比较强，难度大，以解析几何中的常规题为主.3.向量在空间中的应用（在B类教材中）.在空间坐标系下，通过向量的坐标的表示，运用计算的方法研究三维空间几何图形的性质.在复习过程中，抓住源于课本，高于课本的指导方针.本章考题大多数是课本的变式题，即源于课本.因此，掌握双基、精通课本是本章关键.分析近几年来的高考试题，有关平面向量部分突出考查了向量的基本运算。

对于和解析几何相关的线段的定比分点和平移等交叉内容，作为学习解析几何的基本工具，在相关内容中会进行考查。

本章的另一部分是解斜三角形，它是考查的重点。

总而言之，平面向量这一章的学习应立足基础，强化运算，重视应用。

考查的重点是基础知识和基本技能。

4、复习建议由于本章知识分向量与解斜三角形两部分，所以应用本章知识解决的问题也分为两类：一类是根据向量的概念、定理、法则、公式对向量进行运算，并能运用向量知识解决平面几何中的一些计算和证明问题；另一类是运用正、余弦定理正确地解斜三角形，并能应用解斜三角形知识解决测量不可到达的两点间的距离问题。

高二数学平面向量与空间向量的向量积与混合积

高二数学平面向量与空间向量的向量积与混合积向量是数学中重要的概念之一，它在平面几何和空间几何中都有广泛的应用。

在高二数学中，我们学习了平面向量与空间向量的向量积与混合积，这两个概念在解决实际问题中起着重要的作用。

本文将详细介绍向量积与混合积的定义、性质以及应用。

一、向量积的定义与性质1. 向量积的定义平面向量a和b的向量积（也称为叉乘）定义为一个新的向量c，表示为c=a×b，其大小为|c|=|a||b|sinθ，其中θ为a和b的夹角（0°≤θ≤180°）。

2. 向量积的性质（1）向量积的方向垂直于原来两个向量所在的平面。

（2）向量积满足反交换律，即a×b=−b×a。

（3）向量积满足分配律，即a×(b+c)=a×b+a×c。

二、向量积的几何意义与应用1. 向量积的几何意义向量积具有几何上的重要意义，它的大小表示了平行四边形的面积，而方向则垂直于所表示的平行四边形。

2. 向量积的应用向量积在物理、工程和几何等领域都有广泛的应用。

在物理中，向量积可以用来计算力矩和力矩矩阵；在工程中，可以用来计算力的方向和大小；在几何中，可以用来判断两个向量是否共线以及判断三点是否共面等。

三、混合积的定义与性质1. 混合积的定义空间向量a、b和c的混合积定义为一个数值，表示为V=a·(b×c)，其大小等于有向体积V。

2. 混合积的性质（1）混合积满足交换律，即a·(b×c)=b·(c×a)=c·(a×b)。

（2）混合积满足分配律，即a·(b×c+d×e)=a·(b×c)+a·(d×e)。

四、混合积的几何意义与应用1. 混合积的几何意义混合积具有几何上的重要意义，它的绝对值等于有向体积的六倍，其正负号表示有向体积的方向。

第08讲空间向量基本定理7种常见考法归类(解析版)-新高二数学暑假自学课讲义

第08讲空间向量基本定理7种常见考法归类1.通过对空间向量基本定理的意义的掌握与了解，会用空间向量的基底表示空间任一向量，能用正交分解及坐标形式表示空间向量.2.结合平面向量与空间向量的基本定理，解决平面与立体几何的相关问题.知识点1空间向量基本定理1．定理如果三个向量a ，b ，c 不共面，那么对任意一个空间向量p ，存在唯一的有序实数组(x ，y ，z )，使得p =x a +y b +z c .其中{a ，b ，c }叫做空间的一个基底，a ，b ，c 都叫做基向量．如果p =x a +y b +z c ，则称x a +y b +z c 为p 在基底{a ，b ，c }下的分解式.注：（1）对于基底{a ，b ，c }应明确以下三点：①空间中任意三个不共面的向量都可以作为空间的一个基底．基底选定后，空间的所有向量均可由基底唯一表示；不同基底下，同一向量的表达式也有可能不同．②基底中的三个向量a ，b ，c 都不是0.这是因为0与任意向量共线，与任意两个向量共面．由于零向量与任意一个非零向量共线，与任意两个不共线的非零向量共面，所以若三个向量不共面，就说明它们都不是零向量．③空间中的一个基底是由不共面的三个向量构成的，是一个向量组，基向量是指基底中的某一个向量，二者是相关联的不同概念．（2）空间向量基本定理的推论设O ，A ，B ，C 是不共面的四点，则对空间内任意一点P 都存在唯一的有序实数组(x ，y ，z )，使得OP ―→＝x OA ―→＋y OB ―→＋z OC ―→.推论表明：可以根据空间向量基本定理确定空间任一点的位置．2．空间向量的正交分解(1)单位正交基底：空间的一个基底中的三个基向量两两垂直，且长度都为1，常用{i ，j ，k }表示．(2)正交分解：由空间向量基本定理可知，对空间中的任意向量a ，均可以分解为三个向量x i ，y j ，z k ，使a ＝x i ＋y j ＋z k .像这样，把一个空间向量分解为三个两两垂直的向量，叫做把空间向量正交分解．易错辨析：（1）构成基底的三个向量中，可以有零向量吗？不可以．（2）在四棱锥O ABCD 中，OA ―→可表示为OA ―→＝x OB ―→＋y OC ―→＋z OD ―→且唯一，这种说法对吗？对．知识点2证明平行、共面问题1.对于空间任意两个向量a ，b (b ≠0)，a ∥b 的充要条件是存在实数λ，使a ＝λb .2.如果两个向量a ，b 不共线，那么向量p 与向量a ，b 共面的充要条件是存在唯一的有序实数对(x ，y )，使p ＝x a ＋y b .3．直线平行和点共线都可以转化为向量共线问题；点线共面可以转化为向量共面问题．1、判断基底的方法(1)判断一组向量能否作为空间的一个基底，实质是判断这三个向量是否共面，若不共面，就可以作为一个基底．如果从正面难以入手，可用反证法或利用一些常见的几何图形进行判断．(2)判断基底时，常常依托正方体、长方体、平行六面体、四面体等几何体，用它们从同一顶点出发的三条棱对应的向量为基底，并在此基础上构造其他向量进行相关的判断．2、用基底表示向量的策略(1)若基底确定，要充分利用向量加法、减法的三角形法则和平行四边形法则，以及向量数乘的运算律进行．(2)若没给定基底时，首先选择基底，选择时，要尽量使所选的基向量能方便地表示其他向量，再就是看基向量的模及其夹角已知或易求．3、证明平行、共面问题的思路(1)利用向量共线的充要条件来证明点共线或直线平行．要证两直线平行，可构造与两直线分别平行的向量，只要证明这两个向量满足a ＝λb 即可．(2)利用空间向量基本定理证明点线共面或线面平行．考点一：空间向量基本定理基底的判断例1．【多选】（2023春·江苏连云港·高二统考期中）设{},,a b c构成空间的一个基底，下列说法正确的是（）A ．a ，b ，c两两不共线，但两两共面B ．对空间任一向量p ，总存在有序实数组(),,x y z ，使得p xa yb zc =++C ．a ，a c - ，a c +能构成空间另一个基底D ．若0xa yb zc ++=，则实数x ，y ，z 全为零【答案】ABD【分析】根据空间向量基本定理一一判断即可.【详解】因为{},,a b c 构成空间的一个基底，所以a ，b ，c两两不共线，但两两共面，故A 正确；对空间任一向量p ，总存在有序实数组(),,x y z ，使得p xa yb zc =++，故B 正确；因为()()2a c a c a -++= ，所以a ，a c - ，a c + 共面，故不能构成空间的一个基底，故C 错误；根据空间向量基本定理可知，若0xa yb zc ++=，则实数x ，y ，z 全为零，故D 正确；故选：ABD变式1．（2023·全国·高三对口高考）已知{},,a b c 为空间的一个基底，则下列各选项能构成基底的是（）A ．,2,a a b a b -+B ．,,a b a b c+- C ．22,,2a b a b c++D ．,,2a c b c a b c++++ 【答案】B【分析】利用基底的性质进行求解.【详解】因为()232a b a a b -=-+ ，所以,2,a a b a b -+是共面向量，不能构成基底，A 不正确；因为,,a b a b c +-不是共面向量，所以可以构成基底，B 正确；因为22a b +与a b + 平行，所以22,,2a b a b c ++ 不能构成基底，C 不正确；因为2a c b c a b c +++=++，所以,,2a c b c a b c ++++ 共面，不能构成基底，D 不正确.故选：B.变式2．【多选】（2022·高二课时练习）若{}a b c，，构成空间的一个基底，则下列向量共面的是（）A ．b c + ，b ，b c-B ．a ，a b + ，a b- C ．a b +，a b - ，cD ．a b +，a b c ++ ，c【答案】ABD【分析】利用共面向量定理逐项分析判断作答.【详解】{},,a b c构成空间的一个基底，对于A ，()()2b c b c b ++-= ，因此b c + ，b ，b c -共面，A 正确；对于B ，)()(2a a b b a ++-=，因此a ，a b + ，a b - 共面，B 正确；对于C ，假定a b +，a b - ，c 共面，则存在,R λμ∈使得()()()()c a b a b a b λμλμλμ=+-++-=+ ，而,,a b c不共面，则00λμλμ+=⎧⎨-=⎩，解得0λμ==，于是0c = ，,,a b c 共面，与,,a b c 不共面矛盾，因此a b +，a b - ，c 不能共面，C 错误；对于D ，()a b c a b c ++=++ ，因此a b +，a b c ++ ，c 共面，D 正确．故选：ABD变式3．【多选】（2023秋·山西晋中·高二统考期末）{},,a b c 是空间的一个基底，与a b +、a c + 构成基底的一个向量可以是（）A ．b c+B ．b c-C ．bD ．c【答案】ACD【分析】根据空间向量基本定理判断即可.【详解】由于()b c a b a c -=+-+ ，故b c - 与a b +、a c + 共面，无法构成空间的一个基底，故B 错误；因为{},,a b c 是空间的一个基底，由于不存在实数对x 、y ，使得()()b c x a b y a c +=+++，若成立则011x y x y +=⎧⎪=⎨⎪=⎩，显然方程组无解，故a b +、a c + 与b c + 可以作为空间的一个基底，故A 正确，同理可得C 、D 正确；故选：ACD变式4．（2023秋·云南大理·高二统考期末）若{}123,,e e e是空间的一个基底，且向量{}123123123,22,32OA e e e OB e e e OC ke e e =++=-+=++不能构成空间的一个基底，则k =（）A ．83B ．52C ．14-D ．94【答案】D【分析】由题意可知，向量OA 、OB 、OC共面，则存在实数x 、y 使得OC xOA yOB =+ ，根据空间向量的基本定理可得出关于x 、y 、k 的方程组，即可解得k 的值.【详解】因为向量123OA e e e =++ ，12322OB e e e =-+ ，12332OC ke e e =++不能构成空间的一个基底，所以OA 、OB 、OC共面，故存在实数x 、y 使得OC xOA yOB =+ ，即()()()()()123123123123322222ke e e x e e e y e e e x y e x y e x y e ++=+++-+=++-++ ，因为{}123,,e e e 是空间的一个基底，则2322k x y x y x y =+⎧⎪-=⎨⎪+=⎩，解得521494x y k ⎧=⎪⎪⎪=-⎨⎪⎪=⎪⎩.故选：D.变式5．（2023秋·河北邯郸·高二统考期末）已知SA ⊥平面ABC ，AB AC ⊥，1SA AB ==，BC ，则空间的一个单位正交基底可以为（）A ．1,,2AB AC AS ⎧⎫⎨⎬⎩⎭B ．{},,AB AC ASC ．11,,22AB AC AS ⎧⎫⎨⎬⎩⎭D．,AS AB ⎧⎫⎪⎪⎨⎬⎪⎪⎩⎭【答案】A【分析】根据正交基地的定义可知，三个向量两两互相垂直，且模长为1.【详解】因为SA ⊥平面ABC ，AB 、AC 都在面ABC 内，所以SA AB ⊥，SA AC ⊥.因为AB AC ⊥，1AB =，BC =2AC =，又SA =1，所以空间的一个单位正交基底可以为1,,2AB AC AS ⎧⎫⎨⎬⎩⎭.故选：A考点二：用基底表示空间向量例2．（2023秋·浙江丽水·高二统考期末）在平行六面体1111ABCD A B C D -中，AC ，BD 相交于O ，M为1OC 的中点，设AB a =，AD b =，1AA c = ，则CM = （）A ．111442a b c+- B ．111442a b c-+C ．111442a b c --+ D ．311442a b c -+- 【答案】C【分析】由空间向量的线性运算结合图形计算即可.【详解】如图所示，()1111111112242442CM CO CC CB CD CC a b c =+=++=--+，故选：C变式1．（2023春·高二单元测试）在平行六面体1111ABCD A B C D -中，M 为11A C 与11B D 的交点，若AB a =，AD b=，1AA c = ，则下列向量中与BM相等的向量是（）A ．1122a b c++ B ．1122a b c -++C ．1122a b c --+D ．1122a b c-+【答案】B【分析】根据给定条件，利用空间向量基本定理结合空间向量运算求解作答.【详解】在平行六面体1111ABCD A B C D -中，M 为11A C 与11B D 的交点，111111111111()22222BM BA AA A M AB AA A B A D a c a b a b c =++=-+++=-+++=-++.故选：B变式2．（2023春·江苏徐州·高二统考期中）在正四面体A PBC -中，过点A 作平面PBC 的垂线，垂足为Q点，点M 满足34AM AQ = ，则PM =（）A ．131444PA PB PC-+B ．111444PA PB PC++C ．131444PA PB PC ++ D ．113444PA PB PC -+ 【答案】B【分析】根据已知条件，结合空间向量的线性运算，即可求解.【详解】由题知，在正四面体A PBC -中，因为AQ ⊥平面PBC ，所以Q 是PBC 的中心，连接PQ ，则()2132PQ PB PC =⨯+，所以34PM PA AM PA AQ=+=+ ()333444PA AP PQ PA PA PQ=+⨯+=-+ ()13211114432444PA PB PC PA PB PC =+⨯⨯+=++.故选：B变式3．（2023春·江苏盐城·高二盐城中学校考期中）在四面体O ABC -中，2PA OP =，Q 是BC 的中点，且M 为PQ 的中点，若OA a = ，OB b = ，OC c = ，则OM =（）A ．111644a b c++ B ．111622a b c++C ．111322a b c++ D ．111344a b c++ 【答案】A【分析】利用基底,,a b c表示,OP OQ ，再利用向量线性运算求解即可.【详解】因为2OP PA =，所以13OP OA = ，因为Q 是BC 的中点，所以1()2OQ OB OC =+，因为M 为PQ 的中点，所以1()2OM OP OQ =+ 1122OP OQ =+ 11()64OA OB OC =++ 146114a b c =++，故选：A.变式4．（2023秋·高二课时练习）如图，M ，N 分别是四面体OABC 的边OA ，BC 的中点，E 是MN 的三等分点，且13NE NM =，用向量,,OA OB OC 表示OE 为（）A ．16OE OA OB OC =++ B ．111333OE OA OB OC =++C ．111663OE OA OB OC=++ D ．111633OE OA OB OC=++ 【答案】D【分析】根据空间向量的线性运算，结合图形可得.【详解】因为13NE NM =，所以3NM NE = ，所以3()OM ON OE ON -=-，即1233OE OM ON =+ ，又11,()22OM OA ON OB OC ==+ ，所以111633OE OA OB OC =++ .故选：D变式5．（2023春·江苏徐州·高二统考期中）如图，在平行六面体1111ABCD A B C D -中，P 是1CA 的中点，点Q 在1CA 上，且1:4:1CQ OA =，设AB a=，AD b = ，1AA c = ．则（）A ．333101010QP a b c =++ B ．777101010QP a b c =+-C ．333101010QP a b c=+- D ．111101010QP a b c=++ 【答案】C【分析】利用空间向量的线性运算即可求解.【详解】因为P 是1CA 的中点，所以11111()()()222AP AA AC AA AB AD a b c =+=++=++，又因为点Q 在1CA 上，且1:4:1CQ OA =，所以11111111114()5555AQ AA A Q AA A C AA AC AA AC AA =+=+=+-=+114114()55555AB AD AA a b c =++=++，所以1114333()2555101010QP AP AQ a b c a b c a b c =-=++---=+- ，故选：C.变式6．（2023春·江苏连云港·高二统考期中）在正四面体ABCD 中，O 为BCD △的重心，记AB a =，AC b =，AD c = ．若23AP AO = ，2CM MD = ，则PM =______．（用a ，b ，c 表示）【答案】214999a b c-++【分析】根据空间向量的线性运算求得正确答案.【详解】依题意，O 为BCD △的重心，则()()211323BO BC BD BC BD =⨯⨯+=+，所以23PM AM AP AC CM AO=-=+- ()2233AC CD AB BO=+-+ 222333AC CD AB BO=+-- ()()13222333AC A B D D AB C AC B +⎡⎤=+---⎢⎥⎣⎦2222233399AC AD AC AB BC BD=+----()()2222233399AC AD AC AB AC AB AD AB=+------ 22222223339999AC AD AC AB AC AB AD AB=+---+-+ 214214999999AB AC AD a b c =-++=-++.故答案为：214999a b c-++变式7．（2023秋·高二课时练习）如图，空间四边形OABC 中，G 、H 分别是ABC 、OBC △的重心，D为BC 的中点，设OA a = ，OB b = ，OC c = ，试用试用基底{},,a b c 表示向量OG和GH .【答案】()11,33=++=-OG a b c GH a【分析】由已知得()12AD AB AC =+ ，23AG AD = ，可得OG OA AG =+；由23= OH OD 可得=++ GH GA AO OH 可得答案.【详解】由已知得=-- OB b O a A ，=--OC c O a A ，因为G 是ABC 的重心，D 为BC 的中点，所以()()22112=+=+- A b A AB c D a C ，()()2213331222=+=+-=-⨯b AG ADc a b c a ，所以()()11233=+=+-++=++ OG OA AG a a b c a b c ；又因为H 是OBC △的重心，所以()()22113323==⨯+=+OH OD OC OB b c ，()()3131123=++=-+--++=- GH GA AO OH b c a a b c a .考点三：利用空间向量基本定理求参数例3．（2022秋·广东阳江·高二阳江市阳东区第一中学校考期中）已知三棱锥O ABC -，点P 为平面ABC 上的一点，且12OP OA mOB nOC =++（m ，n ∈R ）则m ，n 的值可能为（）A ．11,2m n ==-B ．,112m ==C ．1,12m n =-=-D ．1,12m n ==-【答案】A【分析】根据给定条件，利用点位于平面内的充要条件，建立关系即可判断作答.【详解】因为点P 为平面ABC 上的一点，12OP OA mOB nOC =++ ，则12OP m n OA m AB n AC ⎛⎫=++++ ⎪⎝⎭ ，于是112m n ++=，即12m n +=，显然选项BCD 都不满足，A 选项满足.故选：A变式1．（2023·全国·高三对口高考）已知正方体1111ABCD A B C D -中，侧面11CC D D 的中心是P ，若1AP AD mAB nAA =++，则m =_________，n =_________．【答案】12/0.512/0.5【分析】用1,AB AA 表示出DP，从而得出m ，n 的值．【详解】由于11111()222AP AD DP AD DC DD AD AB AA =+=++=++，所以12m =，12n =，故答案为：12；12．变式2．（2023秋·高二课时练习）已知1,,BA BC BB 为三条不共面的线段，若1123AC xAB yBC zC C =++，那么x y z ++=（）A ．1B ．76C ．56D ．116【答案】B【分析】直接利用共面向量的基本定理求出结果.【详解】根据向量加法法则可得：11AC AB BC CC =++，即11AC AB BC C C =+- ，因为1123AC xAB yBC zC C =++ ，所以1x =，21y =，31z =-，所以1x =，12y =，13z =-，所以1171236x y z ++=+-=.故选：B.变式3．（2023春·江苏常州·高二常州市北郊高级中学校考期中）已知矩形ABCD ，P 为平面ABCD 外一点，PA ⊥平面ABCD ，点M N ，满足12PM PC = ，23PN PD = ．若MN xAB y AD z AP =++，则x y z ++=（）A ．12-B ．12C ．56-D ．－1【答案】A【分析】利用空间向量基本定理表示出MN，即可求解.【详解】矩形ABCD 中，AC AB AD =+ ,所以PC PA AC PA AB AD AP AB AD =+=++=-++.因为12PM PC = ，所以()12PM AP AB AD =-++ .因为PD AD AP =- ,23PN PD =，所以()23PN AD AP =- .所以()()2111132266MN PN PM AD AP AP AB AD AB AP AD =-=---++=--+ .所以111,,266x y z =-=-=，所以11112662x y z ⎛⎫⎛⎫++=-+-+- ⎪ ⎝⎭⎝⎭.故选：A变式4．（2023秋·山东聊城·高二统考期末）已知四棱锥P ABCD -的底面ABCD 是平行四边形，若PD xPA yPB zPC =++，则xyz =______．【答案】1-【分析】根据空间向量的运算及空间向量基本定理得答案.【详解】因为四棱锥P ABCD -的底面ABCD 是平行四边形，所以PD PA AD PA BC PA PC PB =+=+=+-，又PD xPA yPB zPC =++，由空间向量基本定理可得，1,1,1x y z ==-=，故1xyz =-.故答案为：1-.变式5．（2022秋·吉林延边·高二校考期末）已知正方体1111ABCD A B C D -，点E 是上底面11A C 的中心，若1AE AA xAB y AD =++，则2x y -等于（）A ．2B ．1-C ．12-D ．13【答案】C【分析】利用空间向量基本定理，结合正方体的结构特征求解作答.【详解】正方体1111ABCD A B C D -，点E 是上底面11A C 的中心，如图，则111111111111111()2222AE AA A E AA A C AA A B A D AA AB AD =+=+=++=++ ，1,,AA AB AD 不共面，又1AE AA xAB y AD =++ ，于是得12x y ==，所以122x y -=-.故选：C例4．（2023春·安徽池州·高二池州市第一中学校联考阶段练习）已知{},,a b c 是空间的一组基底，其中23AB a b =- ，AC a c =- ，2AD b c λ=+.若A ，B ，C ，D 四点共面，则λ=（）A ．34-B ．34C ．43D ．43-【答案】D【分析】根据题意，设存在唯一的实数对(,)x y ，使得AB x AC y AD =+，结合向量的数乘运算和相等向量的概念计算，即可求解.【详解】由题意，设存在唯一的实数对(,)x y ，使得AB x AC y AD =+，即()()232a b x a c y b c λ-=-++ ，则()232a b xa yb y x c λ-=++-，则x =2，32y =-，0y x λ-=，解得43λ=-.故选：D.变式1．（2023秋·河北唐山·高二统考期末）正四面体ABCD 中，若M 是棱CD 的中点，AP AM λ=，1166AB BP AC AD +=+，则λ=______.【答案】13【分析】根据空间向量线性运算得到1166AC AM AD λλ+=，证明出共线定理的推论，由,,M C D 三点共线，得到11166λλ+=，求出13λ=.【详解】因为AB BP AP +=，所以1166AP AC AD =+ ，即1166AC A AM D λ+= ，1166AC AM AD λλ+=，下面证明：已知OB xOA yOC =+，若,,A B C 三点共线，则1x y +=，因为,,A B C 三点共线，所以存在非零实数t ，使得AB t AC =，即()OB OA t OC OA -=- ，整理得()1OB tOC t OA =+- ，故1x t =-，y t =，所以1x y +=，因为,,M C D 三点共线，故11166λλ+=，解得：13λ=.故答案为：13考点四：用向量法证明平行、共面问题例5．（2023秋·广西河池·高二统考期末）已知,,A B C 三点不共线，对平面ABC 外的任一点O ，下列条件中能确定点,,,M A B C 共面的是（）A ．123OM OA OB OC =+- B ．322OM OA OB OC=-- C ．111243OM OA OB OC=++ D ．221333OM OA OB OC=+- 【答案】D【分析】OM xOA yOB zOC =++，分析出当,,,M A B C 共面时，1x y z ++=，从而分析四个选项，得到正确答案.【详解】当,,,M A B C 共面时，不妨设AM AB AC λμ=+，变形得到()()OM OA OB OA OC OA λμ-=-+-，则()1OM OB OA OC λλμμ=-+-+，设OM xOA yOB zOC =++，若点M 与点,,A B C 共面，则11x y z λμλμ++=--+++=，只有选项D 中2211333⎛⎫++-= ⎪⎝⎭符合题意.故选：D .变式1．（2022·高二单元测试）对于任意空间四边形ABCD ，E ，F 分别是AB ，CD 的中点．(1)试证：EF 与BC，AD 共面；(2)AD a = ，AB b = ，AC c = ，试用基底{a ，b ，c}表示向量BF ．【答案】(1)证明见解析(2)()122BF a c b =+- ．【分析】（1）连接AC ，取AC 的中点P ，连接PE ，PF ，根据直线与平面平行的判定定理可得AD ∥平面PEF ，BC ∥平面PEF ，从而可得向量EF 与BC，AD 共面；（2）直接利用向量的加减法运算得答案．【详解】（1）证明：如图，连接AC ，取AC 的中点P ，连接PE ，PF ．∵P ，F 分别为AC ，CD 的中点，∴AD ∥PF ．又∵PF ⊂平面PEF ，AD ⊄平面PEF ．∴AD ∥平面PEF ．同理可证，BC ∥平面PEF ．∴向量EF 与BC，AD 共面.（2）解：()()1122BF BC BD AC AB AD AB=+=-+-()()112222AC AD AB a c b =+-=+-.变式2．（2023春·高二课时练习）如图，正方体1111ABCD A B C D -中，O 为1AC 上一点，且1123A O A C =，BD 与AC 交于点M .求证：1,,C O M 三点共线．【答案】证明见解析.【分析】取空间的基底，利用空间向量基本定理探求1,MC MO的关系，即可推理作答.【详解】在正方体1111ABCD A B C D -中，令1,,AB a AD b AA c ===，1123A O A C =，BD 与AC 交于点M ，即点M 是AC 的中点，于是111111111()232363MO MC CO AC CA AC AA AC AC AA =+=+=+-=+ 111111()63663AB AD AA a b c =++=++，11111111()2222MC MC CC AC AA AB AD AA a b c =+=+=++=++ ，因此13MC MO = ，即1//MC MO，而直线1MC 与直线MO 有公共点M ，所以1,,C O M 三点共线.变式3．（2023春·广东·高二统考阶段练习）如图，在四面体OABC 中，12BM BC = ，12MN NO = ，34AP AN = ，用向量,,OA OB OC 表示OP ，则OP =________．若OQ OB λ= ，且PQ //平面ABC ，则实数λ=________．【答案】111444OA OB OC ++34/0.75【分析】运用空间向量的线性运算法则，将OP用基底,,OA OB OC 表示出来，延长OP 与AM 交于D ，当//PQ BD 时，//PQ 平面ABC .【详解】由条件可知：()33134444OP OA AP OA AN OA ON OA OA ON=+=+=+-=+()132111111443422444OA OM OA OB OC OA OB OC =+⨯=+⨯+=++；延长OP 与AM 交于D ，连接BD ，则当//PQ BD 时，PQ ⊄Q 平面ABC ，BD ⊂平面ABC ，//PQ ∴平面ABC ；令,OD OP AD mAM μ== ，则有1111444AD OD OA OP OA OA OB OC μμμμ⎛⎫=-=-=-++ ⎪⎝⎭，()()11112222AD m AM m AB AC m OB OA OC OA mOA mOB mOC ==+=-+-=-++ ，根据向量基底表示法的唯一性，有：1141124m m μμ⎧-=-⎪⎪⎨⎪=⎪⎩，解得24,33m μ==，//,,OQ OP PQ BD OPQ OBD OB OD∴= 34=，34λ∴=.故答案为：111444OA OB OC ++，34变式4．（2023·四川达州·统考二模）如图，E 、F 、G 分别是正方体1111ABCD A B C D -的棱AD 、AB 、CD 的中点，H 是1AC 上的点，1//GC 平面EFH .若AB =AH =___________.【答案】1【分析】设1AH AC λ= ，其中01λ≤≤，将EF 、EH 、1GC 用基底{}1,,AB AD AA 表示，分析可知1GC 、EF、EH共面，则存在m 、n ∈R ，使得1EH mEF nGC =+ ，根据空间向量的基本定理可得出关于m 、n 、λ的方程组，解出λ的值，即可得出AH 的长度.【详解】设1AH AC λ=，其中01λ≤≤，1122EF AF AE AB AD =-=- ，()111122EH AH AE AB AD AA AD AB AD AA λλλλ⎛⎫=-=++-=+-+ ⎪⎝⎭，11112GC GC CC AB AA =+=+ ，因为1//GC 平面EFH ，则1GC 、EF 、EH 共面，显然1GC 、EF不共线，所以，存在m 、n ∈R ，使得1EH mEF nGC =+，即1111112222AB AD AA m AB AD n AB AA λλλ⎛⎫⎛⎫⎛⎫+-+=-++ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭1111222m n AB m AD n AA ⎛⎫=+-+ ⎪⎝⎭ ，因为{}1,,AB AD AA 为空间中的一组基底，所以，11221122m n m n λλλ⎧+=⎪⎪⎪-=-⎨⎪=⎪⎪⎩，解得13λ=，因此，11133AH AC ===.故答案为：1.变式5．（2023·全国·高三专题练习）如图，已知四棱柱1111ABCD A B C D -的底面1111D C B A 为平行四边形，E 为棱AB 的中点，13AF AD = ，12AG GA = ，1AC 与平面EFG 交于点M ，则1AMAC =________.【答案】213【分析】设1AM AC λ= ，其中01λ<<，用AB、AD 、1AA 表示向量GM 、GE 、GF ，利用共面向量的基本定理可知存在m 、n ∈R 使得GM mGE nGF =+，由空间向量基本定理可得出关于m 、n 、λ的方程组，即可解得实数λ的方程组，即可解得实数λ的值.【详解】设()111AM AC AB AD AA AB AD AA λλλλλ==++=++，其中01λ<<，1112233GM AM AG AB AD AA AA AB AD AA λλλλλλ⎛⎫=-=++-=++- ⎪⎝⎭ ，11223GE AE AG AB AA =-=- ，11233GF AF AG AD AA =-=- ，因为E 、F 、G 、M 四点共线，则向量GM 、GE、GF 共面，由共面向量定理可知，存在m 、n ∈R 使得GM mGE nGF =+，即1112121232333AB AD AA m AB AA n AD AA λλλ⎛⎫⎛⎫⎛⎫++-=-+- ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭()1112233m AB n AD m n AA =+-+，所以，()12132233m n m n λλλ⎧=⎪⎪⎪=⎨⎪⎪-+=-⎪⎩，解得213λ=.故答案为：213.考点五：用基底法求空间向量的数量积例6．（2023春·四川成都·高二四川省成都市新都一中校联考期中）如图，在平行六面体1111ABCD A B C D -中，E ，F 分别为棱11A D ，CD 的中点，记BC a = ，BA b = ，1BB c = ，满足11π3B BC B BA ∠=∠=，π2CBA ∠=，2AB BC ==，13BB =.(1)用a ，b ，c 表示FE ；(2)计算BC FE ⋅.【答案】(1)1122FE b c a=+-(2)1【分析】（1）根据空间向量对应线段的位置关系，用1,,BA BB BC 表示出FE；（2）应用向量数量积的运算律得BC FE ⋅ 11122BC BA BC BB BC BC =⋅+⋅-⋅，结合已知即可求数量积.【详解】（1）11FE FD DD D E =++ 11122BA BB BC =+-1122b c a =+- ；（2）11122BC FE BC BA BB BC ⎛⎫⋅=⋅+- ⎪⎝⎭ 11122BC BA BC BB BC BC =⋅+⋅-⋅ 11πcos 22BC BA BC BB =+ 2π1cos 32BC -0321=+-=.变式1．（2023春·福建漳州·高二漳州三中校考阶段练习）已知空间四边形ABCD 的每条边和对角线的长都等于1，点E ，F 分别是BC ，AD 的中点，则AE CF ⋅的值为____________．【答案】12-/0.5【分析】BC ，BD ，BA两两成60 角，模都为1，以这三个向量为基底，进行向量数量积运算.【详解】根据题意ABCD 为正四面体，BC ，BD ，BA 两两成60角，12BA BC BA BD BC BD ⋅=⋅=⋅= ,由12AE BE BA BC BA =-=- ，1122CF BF BC BA BD BC =-=+- ，所以111222AE CF BC BA BA BD BC ⎛⎫⎛⎫⋅=-⋅+- ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭11111111114242222222=⨯+⨯---⨯+=-．故答案为：12-变式2．（2023春·江苏淮安·高二校考阶段练习）如图，在空间四边形OABC 中，2BD DC =，点E 为AD 的中点，设OA a,OB b,OC c ===.(1)试用向量,,a b c 表示向量OE；(2)若4,3,60OA OC OB AOC BOC AOB ∠∠∠======，求OE AC ⋅ 的值.【答案】(1)111236OE a b c =++ ；(2)83-.【分析】（1）由点E 为AD 的中点，可得1()2OE OA OD =+ ，而11()33OD OB BC OB OC OB =+=+- ，代入前面的式子化简可得结果；（2）由（1）可知111236OE a b c =++ ，由于AC OC OA c a =-=-，再利用数量积的运算律结合已知条件可求得结果.【详解】（1）因为点E 为AD 的中点，所以111()222OE OA OD OA OD =+=+，因为2BD DC =，所以13BD BC = ，所以1121()3333OD OB BC OB OC OB OB OC =+=+-=+ ，所以11211111112233236236OE OA OB OC OA OB OC a b c ⎛⎫=++=++=++ ⎪⎝⎭；（2）由（1）得111236OE a b c =++，因为4,3,60OA OC OB AOC BOC AOB ∠∠∠======，AC OC OA c a =-=- ，所以()111236OE AC a b c c a ⎛⎫⋅=++⋅- ⎪⎝⎭22111111223366a c a b c a b c a c =⋅-+⋅-⋅+-⋅ 221111132336a c abc a b c =⋅-+⋅-⋅+221111144cos 60434cos 6034cos 60432336=⨯⨯︒-⨯+⨯⨯︒-⨯⨯︒+⨯11144816326=⨯⨯⨯-+⨯83=-.考点六：用向量法解决立体几何的垂直、夹角问题例7．（2023春·江苏镇江·高二江苏省镇江中学校考阶段练习）在平行六面体1111ABCD A B C D -中，1AB AD AA ==，且1160BAD A AD A AB ∠=∠=∠=︒，则1C AB ∠的余弦值是________.【答案】3【分析】利用空间向量基本定理，得到11AC AB AD AA =++，求出1AC ，1AC AB ⋅ ，再由向量夹角公式求1C AB ∠的余弦值.【详解】由题设，可得如下示意图，∴111AC AD AB CC AD AB AA =++=++ ，设AB a = ，则1AD AA a ==，又1160BAD A AD A AB ∠=∠=∠=︒，所以212AB AD a ⋅= ，2112AB AA a ⋅= ，2112AD AA a ⋅= ，所以以11AC AB AD AA =++===.()22221111222AC AB AD AB AA AB a a a a ⋅=++⋅=++= ，所以21111cos cos,AC ABC AB AC ABAC AB⋅∠===.变式1．（2023春·甘肃金昌·高二永昌县第一高级中学校考期中）如图，在平行六面体1111ABCD A B C D-中，2AB=，2AD=，12AA=，1160BAA DAA∠=∠=︒，90BAD∠=︒，则1BC与1CA所成角的余弦值为（）A．6-BC．4-D．4【答案】B【分析】根据空间向量的基本定理和向量的数量积的定义即可求解.【详解】设AB a=，AD b=，1AA c=，因为,,a b c向量不共面，故{},,a b c可构成空间的一组基底，结合2a=，2b=，2c=，1160DAA∠=∠=︒，90BAD∠=︒，所以a b⋅=0，=a c⋅122=22⨯⨯，12=22=2b c⨯⨯⋅，则1BC b c=+，1CA a b c=--+，可得11BC CA⋅()()b c a b c=+⋅--+22a b a c b b c c b c=-⋅-⋅--⋅+⋅+0244=--+2=-，1BC===，1CA==2=，所以111111cos,BC CABC CABC CA⋅===又因为异面直线所成角的范围是0,2π⎛⎤⎥⎝⎦，所以1BC 与1CA.故选：B.变式2．【多选】（2023春·河南洛阳·高二洛宁县第一高级中学校联考阶段练习）在三棱锥A BCD 中，AB，AC ，AD 两两夹角均为π3，且112AB AC AD === ，若G ，M 分别为线段AD ，BC 的中点，则（）A．4MG =B．2MG =C ．异面直线AC 与DB所成角的正弦值为6D ．异面直线AC 与DB【答案】BC【分析】根据空间向量对应线段的位置及数量关系，用,,AB AC AD 表示出MG，应用数量积的运算律求向量的模长，根据向量夹角公式、数量积运算律求异面直线夹角.【详解】不妨设,,AB a AC b AD c ===，则||||1,||2a b c === ，且1,12a b b c a c ⋅=⋅=⋅= ，111()()222MG AG AM AD AB AC c a b =-=-+=-- ，所以||2MG = ，因为1()2AC BD b c a b c a b ⋅=⋅-=⋅-⋅=，且||BD = ，所以cos ,AC BD = 36AC BD AC BD ⋅=，则sin ,AC BD == 所以异面直线AC 与DB所成角的正弦值为故选：BC变式3．（2023·河北·统考模拟预测）点M 、N 分别是正四面体ABCD 棱BC 、AD 的中点，则cos ,AM CN =______．【答案】23-【分析】以,,AB AC AD为基底，()11,22AM AB AC CN AD AC =+=- ，即可求解.【详解】解：以,,AB AC AD为基底，它们两两之间均为60︒，设正四面体ABCD 棱长为2，则()11,22AM AB AC CN AD AC =+=- ,()1111122222⋅⎛⎫⎛⎫⋅=+-=+-- ⎪ ⎪⋅⋅⎝⎭⎭⋅⎝ AM CN AB AC AD AC AD AB AD AC AC AB AC AC ()1112422=+--=-所以()()222112324⎡⎤=+=+⋅+=⎢⎥⎣⎦，AM AB AC AB AB AC AC 22211324⎛⎫=-=-⋅+= ⎪⎝⎭CN AD AC AD AD AC AC ，所以2cos ,3AM CN AM CN AM CN⋅==-⋅ ,故答案为：23-变式4．（2023秋·浙江湖州·高二统考期末）在四棱柱1111ABCD A B C D -中，底面ABCD 为平行四边形，且4,2,60AB AD BAD ∠=== ，11190,60,47BAA DAA BD ∠∠=== .(1)用1,,AB AD AA 表示1BD，并求1AA 的长；(2)若E 为11B C 中点，求异面直线1BD 与CE 所成角的余弦值.【答案】(1)11BD AA AD AB =+-，15AA =【分析】（1）根据向量的线性运算法则求解；（2）用1,,AB AD AA 表示CE，计算1BD CE ⋅ ，由向量法求异面直线所成的角．【详解】（1）111BD AA A AD A D B B A =-=+- ，111122AA AD AA AA ⋅=⨯⨯=，110,4242AB AA AD AB ⋅=⋅=⨯⨯= ，222211147222BD AA AD AB AD AB AA AD AB ==+++⋅-⋅-⋅ ，即2114741628AA AA =+++-，解得15AA = ；（2）由（1）知111111,2BD AA AD AB CE CC C E AA AD=+-=+=-()2211111111112222BD CE AA AD AB AA AD AA AD AD AA AB AA AB AD⎛⎫⋅=+-⋅-=-+⋅-⋅+⋅ ⎪⎝⎭115525254222=-+⨯+⨯=1BD CE == 设异面直线1BD 与CE 所成角为θ，则111552cos cos ,BD CE BD CE BD CEθ⋅===⋅变式5．（2023春·广西南宁·高二统考开学考试）已知在平行六面体1111ABCD A B C D -中，2AB =，13AA =，1AD =且113DAB BAA DAA π∠=∠=∠=.(1)求1DB 的长；(2)求向量1DB 与AB夹角的余弦值.【答案】5.【分析】（1）用空间的一个基底1{,,}AB AD AA表示向量1DB ，再利用空间向量数量积的运算律求解作答.（2）利用（1）中信息，结合空间向量的夹角公式计算作答.【详解】（1）在平行六面体1111ABCD A B C D -中，1{,,}AB AD AA为空间的一个基底，因为2AB =，13AA =，1AD =且113DAB BAA DAA π∠=∠=∠=，则11πππ321cos 1,23cos 3,13cos 3332AB AD AB AA AD AA ⋅=⨯⨯=⋅=⨯⨯=⋅=⨯⨯= ，111DB DA AB BB AB AD AA =++=-+ ，所以1||DB ==（2）由（1）知，11DB AB AD AA =-+ ，则22112136DB AB AB AB AD AB AA ⋅=-⋅+⋅=-+=，又1DB = ，所以向量1DB 与AB夹角的余弦值111cos ,5||||DB DB D B AB AB B A ⋅〈〉==.例8．（2022·全国·高二假期作业）如图，一个结晶体的形状为平行六面体1111ABCD A B C D -，其中以顶点A 为端点的三条棱长均为1，且它们彼此的夹角都是60︒.(1)求证：1AC DB ⊥；(2)求异面直线1BD 与AC 所成角的余弦值.【答案】(1)证明见解析【分析】（1）根据平面向量转化基底，以及加减运算和数量积的运算性质，得到10AC DB ⋅=，即可证得1AC DB ⊥；（2）根据平面向量转化基底，求出1BD 、AC 、1AC BD ⋅，再利用夹角公式即可求解.【详解】（1）证明：∵以顶点A 为端点的三条棱长均为1，且它们彼此的夹角都是60︒，∴11111cos602AA AB AA AD AD AB ⋅=⋅=⋅=⨯⨯︒= ，∴()()1111111()()AC DB AA A B B C AD AA AB AD AB AD ⋅=++⋅-=++⋅- 22110AA AB AA AD AB AB AD AD AB AD =⋅-⋅+-⋅+⋅-= ，∴1AC DB ⊥.（2）∵111BD AD DD AB AD AA AB ==+-+- ，AC AB BC AB AD =+=+ ，∴1BD ===||AC ==== ，()11()BD AC AD AA AB AB AD ⋅=+-⋅+12211111122AD AB AA AB AA AD =+⋅-++⋅=-+= ，∴111cos ,6BD AC BD AC BD AC⋅=⋅，∴异面直线1BD 与AC所成角的余弦值为6.变式1．【多选】（2023春·山东菏泽·高二统考期末）如图，在平行六面体1111ABCD A B C D -中，AC 与BD 交于O 点，且1160BAD BAA DAA ∠=∠=∠=︒，4AB AD ==，15AA =.则下列结论正确的有（）A ．1AC BD ⊥B ．119BC AC ⋅=C．1BD =D ．111122OB AB AD AA =--【答案】AB【分析】由向量的分解和向量数量积公式、向量的求模公式即可判断.【详解】如图，由题意得，2216AB AD == ，2125AA = cos 44cos608AB AD AB AD BAD ⋅=⋅∠=⨯︒=，111cos 45cos6010AB AA AB AA BAA ⋅=⋅∠=⨯︒=，111cos 45cos6010AD AA AD AA DAA ⋅=⋅∠=⨯︒=，对于选项A ，()()11AC BD AB BC CC AD AB⋅=++⋅-11AB AD AB AB BC AD BC AB CC AD CC AB =⋅-⋅+⋅-⋅+⋅-⋅ 2211AB AD A D AA B A B A AD A A A D AB =⋅-+-⋅+⋅-⋅ 2211161610100A AA D AA AB A D AB =-++⋅-⋅=-++-=所以1AC BD ⊥，即1AC BD ⊥.故选项A 正确.对于选项B ，()()1111BC AC BC CC AC AA ⋅=+⋅-()()()()()11111AD AA AB AD AA AD AA AB AD AA AD AA =+⋅+-=+⋅++⋅-2211AD AB AA AB AD AA =⋅+⋅+- 81016259=++-=故选项B 正确.对于选项C ，()()222111B A AD ABAD A D A B=-=+-222111222AD AB AD AA AD AB AA A A A B=+++⋅-⋅-⋅ 16251620162041=+++--=所以1BD =1BD =故选项C 错误.对于选项D ，()1111111112222OB OB BB DB AA AB AD AA AB AD AA =+=+=-+=-+故选项D 错误.故选：AB变式2．【多选】（2023春·江苏连云港·高二校考期中）如图所示，平行六面体1111ABCD A B C D -，其中AB AD ==，11AA =，60DAB ∠=︒，1145DAA BAA ∠=∠=︒，下列说法中正确的是（）A ．1AC =B ．1AC DB⊥C ．直线AC 与直线1BD 是相交直线D ．1BD 与AC 所成角的余弦值为2【答案】AB【分析】A 选项，利用空间向量运算法则得到11AC AB AD AA =++，平方后，由向量数量积公式求出2111AC = ，求出1AC A 正确；B 选项，求出DB AB AD =- ，()()110A AB AD AA A C DB AB D ⋅⋅=++-=，得到B 正确；C 选项，作出辅助线，得到四边形11ABCD 为平行四边形，点A ∈平面11ABC D ，而点C ∉平面11ABC D ，从而得到C 错误；D 选项，先得到AC AB AD =+ ，11BD AD AB AA =-+，从而求出()()116A AB AD AD A C B B AA D ⋅⋅+=+-= ，1AC BD，利用空间向量余弦夹角公式求出答案.【详解】由空间向量运算法则得到：11AC AB AD AA =++，所以()2222211111222AC AB AD AA AB AD AA AB AD AB AA AD AA =++=+++⋅+⋅+⋅112212cos602cos 452cos 45AB AD AB AA AD AA =+++⋅︒+⋅︒+⋅︒122111222=+++++=，故1AC =A 正确；因为DB AB AD =-，所以()()11A A AB AD A AB ADC DB ++=⋅⋅- 2211AB AD AA AB AA AD-+⋅-⋅=112cos 45cos 4502AA AB AA AD -+⋅︒=-⋅︒=，故1AC DB ^，1AC DB ⊥，B 正确；连接11,A D BC，因为11//AB C D ，且11AB C D =，所以四边形11ABC D 为平行四边形，点A ∈平面11ABC D ，而点C ∉平面11ABC D ，故直线AC 与直线1BD 是异面直线，C 错误；AC AB AD =+ ，11BD AD AB AA =-+，()()11D A AB AD A AB A C BD A +⋅=-⋅+2211AB AD AB AB AA AD AD AB AD AA =⋅-+⋅+-⋅+⋅ 112cos 452cos 45112AB AA AD AA =-+⋅︒++⋅︒=+=，又()22222AC AB ADAB AB AD AD=+=+⋅+ 222cos60426AB AD =++⋅︒=+=，()2222211111222BD AD AB AA AD AB AA AD AB AD AA AB AA =-+=++-⋅+⋅-⋅ 112212cos602cos 452cos 45AD AB AD AA AB AA =++-⋅︒+⋅︒-⋅︒523=-=，故1AC BD == ，设1BD 与AC 所成角为θ，所以111cos cos 3AC BD AC BD AC BD θ⋅=⋅==⋅故1BD 与AC所成角的余弦值为3，D 错误.故选：AB考点七：用向量法解决立体几何的距离问题例9．（2023春·宁夏银川·高二银川一中校考期中）如图所示，在四棱柱1111ABCD A B C D -中，底面为平行四边形，以顶点A 为端点的三条棱长都为1，且两两夹角为60︒，则1AC 的长为（）AB ．2CD【答案】D【分析】记AB a =，AD b =，1AA c =，由1AC a b c =++ ，利用向量法即可求出1AC 的长.【详解】解：记AB a =，AD b =，1AA c = ，由题意可知1a b c === ，,,,60a b b c c a ︒〈〉=〉=〈〉=，所以11cos601122a b b c c a a b ⋅=⋅=⋅=⋅⋅=⨯⨯=，222221111()2()11126222AC a b c a b c a b b c c a ⎛⎫=++=+++⋅+⋅+⋅=+++⨯++= ⎪⎝⎭，所以1AC =1AC故选：D.变式1．（2023春·安徽合肥·高二校考开学考试）在平行六面体1111ABCD A B C D -中，11AA =，AB AD ==，且1145A AD A AB ∠=∠=，60DAB ∠= ，则1BD =（）A ．1BCD ．2【答案】C【分析】根据图形，利用向量的加法法则得到11AB AD AA BD =-++，再利用空间向量的数量积及运算律求模长.【详解】以{}1,,AB AD AA 为基底向量，可得111BA AD DD AB AD AA BD =++=-++，则2222211111()222BD AB AD AA AB AD AA AB AD AB AA AD AA =++=++-⋅-⋅+-⋅uuu r uu u r uuu r uuu r uu u r uuu r uuu r uu u r uuu r uu u r uuu r uuu r uuu r 1222cos6021cos4521cos45=++-⨯-⨯⨯+⨯⨯15432=-⨯-，∴1BD =故选：C.变式2．（2022秋·新疆克拉玛依·高二克拉玛依市高级中学校考期中）如图，在四棱锥P ABCD -中，底面ABCD 是边长为1的正方形，侧棱PA 的长为2，且60PAB PAD ∠=∠= .若M 是PC 的中点，设,,AB a AD b AP c === .(1)将空间向量PC 与BM 用,,a b c表示出来；(2)求线段BM 的长.【答案】(1)111,222PC a b c BM a b c=+-=-++62【分析】（1）根据向量的线性运算用基底表示向量即可；（2）利用（1）的结论以及模长公式计算可求出结果.【详解】（1）。

平面向量与空间向量

平面向量与空间向量在数学中，向量是一种有大小和方向的量，常用于描述物理力、速度、位移等等。

根据向量所处的维度，向量可以分为平面向量和空间向量两种类型。

本文将探讨平面向量和空间向量的特点和应用。

一、平面向量平面向量是指位于同一个平面内的向量。

平面向量通常用箭头在笛卡尔坐标系上标示，箭头的长度表示向量的大小，箭头的方向表示向量的方向。

平面向量可以用坐标形式表示为：<x, y>，其中x和y分别表示向量在x轴和y轴上的分量。

平面向量具有以下特点：1. 平面向量可以进行加法和乘法运算。

向量加法是指将两个向量的对应分量相加，得到一个新的向量。

向量乘法包括数量乘法和点乘法。

数量乘法是指用一个标量乘以一个向量的每个分量，得到一个新的向量。

点乘法是指将两个向量的对应分量相乘，然后将乘积相加，得到一个标量。

2. 平面向量可以用几何方法进行表示。

向量的起点可以任意选择，终点与起点之间的位移即为向量的大小和方向。

3. 平面向量之间可以进行运算性质的证明和推导。

例如，向量加法满足交换律和结合律，向量乘法满足分配律等等。

平面向量在几何、物理等学科中有广泛的应用。

例如，在几何中，平面向量可以用于研究线段的长度和方向。

在物理学中，平面向量可以用于描述力、速度等物理量的大小和方向。

此外，在计算机图形学等领域，平面向量也被广泛应用于三维模型的表示与计算。

二、空间向量空间向量是指位于三维空间中的向量。

与平面向量类似，空间向量也可以用箭头在三维坐标系上标示，箭头的长度表示向量的大小，箭头的方向表示向量的方向。

空间向量可以用坐标形式表示为：<x, y, z>，其中x、y和z分别表示向量在x轴、y轴和z轴上的分量。

空间向量具有以下特点：1. 空间向量可以进行加法和乘法运算，运算规则与平面向量相似。

向量加法是指将两个向量的对应分量相加，得到一个新的向量。

向量乘法包括数量乘法和点乘法，运算规则与平面向量一致。

2. 空间向量可以用几何方法进行表示。

高中数学平面向量与空间向量知识点总结

高中数学平面向量与空间向量知识点总结为了帮助高中数学学习者更好地掌握平面向量与空间向量的知识，以下是对于这两个概念的详细总结。

通过阅读本文，你将对平面向量与空间向量的定义、表示、运算以及相关性质有一个全面的了解。

平面向量1. 定义与表示平面向量是由起点和终点确定的有向线段，通常用→AB 或 AB 来表示，其中 A 为起点，B 为终点。

向量可以用坐标、分量、或单位向量的形式进行表示。

2. 向量的运算a) 向量的加法：平面向量的加法满足平行四边形法则，即将一个向量的起点放在另一个向量的终点，以第一个向量的终点为新向量的终点，新向量即为原向量的和。

b) 向量的数乘：将向量的每个分量乘以一个标量，得到的新向量即为原向量的数乘。

c) 两个向量的数量积：平面向量的数量积满足平行四边形的面积公式，即对于向量→A 和→B，其数量积为A·B = |A||B|cosθ，其中 |A| 和 |B| 分别表示向量的模长，θ 表示两个向量之间的夹角。

3. 向量的性质平面向量具有以下性质：a) 两个向量相等，当且仅当它们有相同的模长和方向。

b) 两个向量平行，当且仅当它们的夹角为 0°或 180°。

c) 三角形的三条边可以看作是由两个向量的和构成。

d) 对于任意向量 A，A+(-A) = 0，其中 0 表示零向量。

e) 若向量 A·B = 0，则称向量 A 和 B 互相垂直。

空间向量1. 定义与表示空间向量与平面向量相似，但是在三维空间中存在。

空间向量通常用→AB 或 AB 来表示，其中 A 为起点，B 为终点。

2. 向量的运算空间向量的运算与平面向量类似，但是需要注意三个维度的变化。

向量的加法、数乘等运算仍然适用。

3. 向量的性质空间向量的性质与平面向量类似，但在三维空间中，还需要考虑向量与平面的相交等问题。

总结通过对平面向量与空间向量的知识点的总结，我们可以得出以下结论：- 平面向量和空间向量的定义和表示方式类似，都是由起点和终点确定的有向线段。

高二数学平面向量与空间向量的投影与夹角

高二数学平面向量与空间向量的投影与夹角在高二数学学习中，平面向量与空间向量是必不可少的内容，其中投影与夹角是这两个概念中的重要部分。

接下来，本文将重点讨论平面向量与空间向量的投影与夹角，以帮助同学们更好地理解和应用这一知识点。

一、平面向量的投影与夹角1. 平面向量的投影平面向量的投影是指一个向量在另一个向量上的投影长度。

由于向量是具有方向的，因此投影也具有正负之分。

计算平面向量a在平面向量b上的投影的方法如下：设向量a的长度为|a|，向量b的长度为|b|，向量a与向量b的夹角为θ。

则向量a在向量b上的投影长度为|a|cosθ。

2. 平面向量的夹角平面向量的夹角是指两个向量之间的夹角，它可以通过内积公式计算得出。

设向量a和向量b分别为AB和AC两条线段的方向向量，它们的夹角可以通过以下公式计算得出：cosθ = (AB·AC) / (|AB||AC|)，其中AB·AC表示向量AB和向量AC 的内积。

二、空间向量的投影与夹角与平面向量类似，空间向量的投影和夹角也是指一个向量在另一个向量上的投影长度以及两个向量之间的夹角。

1. 空间向量的投影计算空间向量a在空间向量b上的投影的方法与平面向量类似，即投影长度为|a|cosθ。

2. 空间向量的夹角空间向量的夹角可以通过两个向量的点积和模长相除得到：cosθ = (a·b) / (|a||b|)，其中a·b表示向量a和向量b的点积。

三、应用举例现以一个典型的应用举例来加深对平面向量与空间向量的投影与夹角的理解。

例：已知平面向量a = (3, 2) 和平面向量b = (5, -1)，求a在b上的投影长度以及a与b的夹角。

解：首先，计算a在b上的投影长度：|a| = √(3^2 + 2^2) = √13|b| = √(5^2 + (-1)^2) = √26θ = arccos((3*5 + 2*(-1))/(√13 * √26)) ≈ 0.705 弧度因此，a在b上的投影长度为|a|cosθ = √13 * cos(0.705) ≈ 3.61。

高中数学知识点总结之平面向量与空间解析几何(经典必看)

56. 你对向量的有关概念清楚吗？（1）向量——既有大小又有方向的量。

（）向量的模——有向线段的长度，2||a →（）单位向量，3100||||a a aa →→→→==（）零向量，4000→→=||（）相等的向量长度相等方向相同5⇔⎧⎨⎩=→→a b在此规定下向量可以在平面（或空间）平行移动而不改变。

（6）并线向量（平行向量）——方向相同或相反的向量。

规定零向量与任意向量平行。

b a b b a →→→→→→≠⇔=∥存在唯一实数，使()0λλ （7）向量的加、减法如图：OA OB OC →+→=→OA OB BA →-→=→（8）平面向量基本定理（向量的分解定理）e e a →→→12，是平面内的两个不共线向量，为该平面任一向量，则存在唯一实数对、，使得，、叫做表示这一平面内所有向量λλλλ12112212a e e e e →→→→→=+的一组基底。

（9）向量的坐标表示i j x y →→，是一对互相垂直的单位向量，则有且只有一对实数，，使得()a x i y j x y a a x y →→→→→=+=，称，为向量的坐标，记作：，，即为向量的坐标()表示。

()()设，，，a x y b x y →→==1122()()()则，，，a b x y y y x y x y →→±=±=±±11121122 ()()λλλλa x y x y →==1111，， ()()若，，，A x y B x y 1122()则，AB x x y y →=--2121 ()()||AB x x y y A B →=-+-212212，、两点间距离公式57. 平面向量的数量积（）··叫做向量与的数量积（或内积）。

1a b a b a b →→→→→→=||||cos θ []θθπ为向量与的夹角，，a b →→∈0Bb O θa数量积的几何意义：a b a b a b →→→→→·等于与在的方向上的射影的乘积。

2023年新高考数学大一轮复习专题21 平面向量的概念、线性运算及坐标表示(解析版)

专题21平面向量的概念、线性运算及坐标表示【考点预测】一．向量的有关概念（1）定义：既有大小又有方向的量叫做向量，向量的大小叫做向量的长度（或模）．（2）向量的模：向量AB 的大小，也就是向量AB 的长度，记作||AB ．（3）特殊向量：①零向量：长度为0的向量，其方向是任意的． ②单位向量：长度等于1个单位的向量．③平行向量：方向相同或相反的非零向量．平行向量又叫共线向量．规定：0与任一向量平行． ④相等向量：长度相等且方向相同的向量． ⑤相反向量：长度相等且方向相反的向量．二．向量的线性运算和向量共线定理（1）向量的线性运算①交换律b b a =+②结合律 )a b c ++=(a b c ++a 与b 的相反向量b -的和的运算叫做a b 的差 ()a b a b -=+-求实数λ与a 的积的运算（|||||a a λ=（0λ>时，a λ与a 的方向相同；当λ<a λ与a 的方向相同；时，0a λ=()()a a λμλμ=)a a a λμλμ+=+（1）向量表达式中的零向量写成0，而不能写成0．（2）两个向量共线要区别与两条直线共线，两个向量共线满足的条件是：两个向量所在直线平行或重合，而在直线中，两条直线重合与平行是两种不同的关系．（3）要注意三角形法则和平行四边形法则适用的条件，运用平行四边形法则时两个向量的起点必须重合，和向量与差向量分别是平行四边形的两条对角线所对应的向量；运用三角形法则时两个向量必须首尾相接，否则就要把向量进行平移，使之符合条件．（4）向量加法和减法几何运算应该更广泛、灵活如：OA OB BA -=，AM AN NM -=，+OA OB CA OA OB CA BA CA BA AC BC =⇔-=⇔-=+=．三．平面向量基本定理和性质 1．共线向量基本定理如果()a b R λλ=∈，则//a b ；反之，如果//a b 且0b ≠，则一定存在唯一的实数λ，使a b λ=．（口诀：数乘即得平行，平行必有数乘）．2．平面向量基本定理如果1e 和2e 是同一个平面内的两个不共线向量，那么对于该平面内的任一向量a ，都存在唯一的一对实数12,λλ，使得1122a e e λλ=+，我们把不共线向量1e ，2e 叫做表示这一平面内所有向量的一组基底，记为{}12,e e ，1122e eλλ+叫做向量a 关于基底{}12,e e 的分解式．注意：由平面向量基本定理可知：只要向量1e 与2e 不共线，平面内的任一向量a 都可以分解成形如1122a e e λλ=+的形式，并且这样的分解是唯一的．1122e e λλ+叫做1e ，2e 的一个线性组合．平面向量基本定理又叫平面向量分解定理，是平面向量正交分解的理论依据，也是向量的坐标表示的基础．推论1：若11223142a e e e e λλλλ=+=+，则1324,λλλλ==．推论2：若11220a e e λλ=+=，则120λλ==． 3.线段定比分点的向量表达式如图所示，在ABC △中，若点D 是边BC 上的点，且BD DC λ=（1λ≠-），则向量1AB ACAD λλ+=+．在向量线性表示（运算）有关的问题中，若能熟练利用此结论，往往能有“化腐朽为神奇”之功效，建议熟练掌握．4.三点共线定理平面内三点A ，B ，C 共线的充要条件是：存在实数,λμ，使OC OA OB λμ=+，其中1λμ+=，O 为平面内一点．此定理在向量问题中经常用到，应熟练掌握．A 、B 、C 三点共线⇔存在唯一的实数λ，使得AC AB λ=； ⇔存在唯一的实数λ，使得OC OA AB λ=+；⇔存在唯一的实数λ，使得(1)OC OA OB λλ=-+； ⇔存在1λμ+=，使得OC OA OB λμ=+．5.中线向量定理如图所示，在ABC △中，若点D 是边BC 的中点，则中线向量1(2AD AB =+)AC ，反之亦正确．四．平面向量的坐标表示及坐标运算（1）平面向量的坐标表示．在平面直角坐标中，分别取与x 轴，y 轴正半轴方向相同的两个单位向量,i j 作为基底，那么由平面向量基本定理可知，对于平面内的一个向量a ，有且只有一对实数,x y 使a xi yj =+，我们把有序实数对(,)x y 叫做向量a 的坐标，记作(,)a x y =．（2）向量的坐标表示和以坐标原点为起点的向量是一一对应的，即有向量(,)x y 一一对应向量OA一一对应点(,)A x y ．（3）设11(,)a x y =，22(,)b x y =，则1212(,)a b x x y y +=++，1212(,)a b x x y y -=--，即两个向量的和与差的坐标分别等于这两个向量相应坐标的和与差．若(,)a x y =，λ为实数，则(,)a x y λλλ=，即实数与向量的积的坐标，等于用该实数乘原来向量的相应坐标．（4）设11(,)A x y ，22(,)B x y ，则AB OB OA =-=12(,x x -12)y y -，即一个向量的坐标等于该向量的有向线段的终点的坐标减去始点坐标．五．平面向量的直角坐标运算①已知点11()A x y ，，22()B x y ，，则2121()AB x x y y =--，，||(AB x = ②已知11(,)a x y =，22(,)b x y =，则a b ±1212()x x y y =±±，，11(,)a x y λλλ=， =a b ⋅1212x x y y +，21||a x y =+．a b ∥⇔12210x y x y -=，a b ⊥⇔12120x x y y +=【方法技巧与总结】（1）向量的三角形法则适用于任意两个向量的加法，并且可以推广到两个以上的非零向量相加，称为多边形法则．一般地，首尾顺次相接的多个向量的和等于从第一个向量起点指向最后一个向量终点的向量．即122311n n n A A A A A A A A -+++=．（2）||||||||||||a b b a a b -≤±≤+，当且仅当,b a 至少有一个为0时，向量不等式的等号成立．（3）特别地：||||||||b b a a -≤±或||||||a a b b ±≤+当且仅当,b a 至少有一个为0时或者两向量共线时，向量不等式的等号成立．（4）减法公式：AB AC CB -=，常用于向量式的化简．（5）A 、P 、B 三点共线⇔(1)OP t OA tOB =-+()t R ∈，这是直线的向量式方程．【题型归纳目录】题型一：平面向量的基本概念题型二：平面向量的线性表示题型三：向量共线的运用题型四：平面向量基本定理及应用题型五：平面向量的直角坐标运算【典例例题】题型一：平面向量的基本概念例1．（2022·全国·高三专题练习）已知平面四边形ABCD 满足AB DC =，则四边形ABCD 是（） A ．正方形 B ．平行四边形C ．菱形D ．梯形【答案】B 【解析】【分析】根据平面向量相等的概念，即可证明AB DC =，且//AB DC ，由此即可得结论. 【详解】在四边形ABCD 中， AB DC =，所以AB DC =，且//AB DC ，所以四边形ABCD 为平行四边形．故选：B例2．（2022·全国·高三专题练习）给出如下命题： ①向量AB 的长度与向量BA 的长度相等； ②向量a 与b 平行，则a 与b 的方向相同或相反； ③两个有共同起点而且相等的向量，其终点必相同； ④两个公共终点的向量，一定是共线向量；⑤向量AB 与向量CD 是共线向量，则点A ，B ，C ，D 必在同一条直线上．其中正确的命题个数是（） A ．1 B ．2C ．3D ．4【答案】B【解析】【分析】根据向量的基本概念，对每一个命题进行分析与判断，找出正确的命题即可．【详解】对于①，向量AB 与向量BA ，长度相等，方向相反，故①正确；对于②，向量a 与b 平行时，a 或b 为零向量时，不满足条件，故②错误；对于③，两个有共同起点且相等的向量，其终点也相同，故③正确；对于④，两个有公共终点的向量，不一定是共线向量，故④错误；对于⑤，向量AB 与CD 是共线向量，点A ，B ，C ，D 不一定在同一条直线上，故⑤错误．综上，正确的命题是①③．故选：B ．例3．（2022·全国·高三专题练习）下列说法：①若两个空间向量相等，则表示它们有向线段的起点相同，终点也相同；②若向量AB →，CD →满足AB CD →→>，且AB →与CD →同向，则AB CD →→>；③若两个非零向量AB →与CD →满足0AB CD →→→+=，则AB →，CD →为相反向量； ④AB CD →→=的充要条件是A 与C 重合，B 与D 重合. 其中错误的个数为（） A ．1 B ．2 C ．3 D ．4【答案】C 【解析】【分析】①错误. 两个空间向量相等，但与起点和终点的位置无关；②错误. 向量不能比较大小；③正确. AB →，CD →为相反向量；④错误. A 与C ，B 与D 不一定重合.【详解】①错误.两个空间向量相等，其模相等且方向相同，但与起点和终点的位置无关. ②错误.向量的模可以比较大小，但向量不能比较大小.③正确. 0AB CD →→→+=，得AB CD →→=-，且AB →，CD →为非零向量，所以AB →，CD →为相反向量.④错误. 由AB CD →→=，知AB CD →→=，且AB →与CD →同向，但A 与C ，B 与D 不一定重合.故选：C 【点睛】易错点睛：向量是一个既有大小，又有方向的矢量，考虑向量的问题时，一定要注意这一点.例4．（2022·江苏江苏·一模）平面内三个单位向量a ，b ，c 满足230a b c ++=，则（） A ．a ，b 方向相同 B ．a ，c 方向相同 C ．b ，c 方向相同 D ．a ，b ，c 两两互不共线【答案】A 【解析】【分析】根据230a b c ++=，得32c a b =--，两边利用单位向量的平方等于1，即可求出a,b 0<>=，解得a ，b 方向相同.【详解】因为230a b c ++=，所以32c a b =--，所以22(3)(2)c a b =--，所以222944?c a b a b =++，所以9144cos ,a b a b =++<>，所以4411cos ,a b =⨯⨯<>，所以cos ,1a b <>= 所以a,b 0<>=，所以a ，b 方向相同，故选：A.例5．（2022·吉林吉林·模拟预测（文））已知向量()4,3a =，则与向量a 垂直的单位向量的坐标为（） A ．43,55⎛⎫ ⎪⎝⎭B ．34,55⎛⎫- ⎪⎝⎭C ．43,55⎛⎫-- ⎪⎝⎭或43,55⎛⎫ ⎪⎝⎭D ．34,55⎛⎫- ⎪⎝⎭或34,55⎛⎫- ⎪⎝⎭【答案】D 【解析】【分析】先写出与之垂直的一个向量，然后再求得与此垂直向量平行的单位向量即得．【详解】易知(3,4)b =-是与a 垂直的向量，5b =，所以与b 平行的单位向量为134(,)555b =-或134(,)555b -=-，故选：D ．例6．（多选题）（2022·全国·高三专题练习）下列命题中正确的是（） A ．若a b =，则32a b > B ．0BC BA DC AD ---=C ．若向量,a b 是非零向量，则a b a b a +=+⇔与b 方向相同D ．向量a 与()0b b ≠共线的充要条件是：存在唯一的实数λ，使λa b 【答案】CD 【解析】【分析】利用向量的知识对选项逐一分析，由此确定正确选项. 【详解】向量不等比较大小，故A 选项错误.向量加法、减法的结果仍为向量，故B 选项错误. a b a b a +=+⇔与b 方向相同，C 选项正确.根据向量共线的知识可知D 选项正确. 故选：CD例7．（多选题）（2022·全国·高三专题练习）下列有关四边形ABCD 的形状，判断正确的有（） A ．若AD BC =，则四边形ABCD 为平行四边形 B ．若13AD BC =，则四边形ABCD 为梯形C ．若AB AD AB AD +=-，则四边形ABCD 为菱形 D ．若AB DC =，且AC BD ⊥，则四边形ABCD 为正方形【答案】AB 【解析】【分析】依据平行四边形判定定理判断选项A ；依据梯形判定定理判断选项B ；依据菱形判定定理判断选项C ；依据正方形判定定理判断选项D.【详解】选项A ：若AD BC =，则//AD BC ，=AD BC ，则四边形ABCD 为平行四边形.判断正确；选项B ：若13AD BC =，则//AD BC ，AD BC ≠，则四边形ABCD 为梯形. 判断正确；选项C ：若AB AD AB AD +=-，则2240AB AD AB AD AB AD -=+⋅=-，则AB AD ⊥，即90BAD ∠=.仅由90BAD ∠=不能判定四边形ABCD 为菱形.判断错误；选项D ：若AB DC =，则//AB DC ，=AB DC ，则四边形ABCD 为平行四边形，又由AC BD ⊥，可得对角线AC BD ⊥，则平行四边形ABCD 为菱形. 判断错误. 故选：AB例8．（多选题）（2022·全国·高三专题练习）下列说法错误的是（） A ．若a b =，则a b =或a b =- B ．若ma mb =，m R ∈，则a b = C ．若//a b ， //c b ，则//a cD ．若0ma =，m R ∈，则0m =或0a = 【答案】ABCD 【解析】【分析】对于A ，模长相等的两个向量方向任意，不一定平行；对于B ，两个向量相等要求向量方向相同且模长相等，当0m =时，无法推出这两点，故B 不正确；对于C ，当0b =时，选项不正确；对于D ，00ma m =⇒=或0a =，即可得到D 错误.【详解】对于A ，若a b =，则两个向量的方向可以是任意的，不一定是平行的，故A 不正确；对于B ，两个向量相等要求向量方向相同且模长相等，当0m =时，满足0ma mb ==， a 和b 的方向可以是任意的，且两者的模长也不一定相同，故B 不正确；对于C ，若//a b ， //c b ，当0b =时，满足//a b ， //c b ，但是不满足//a c ，故C 错误；对于D ，00ma m =⇒=或者||0a =，即0m =或0a =，故D 错误；故选：ABCD.【方法技巧与总结】准确理解平面向量的基本概念是解决向量题目的关键.共线向量即为平行向量，非零向量平行具有传递性，两个向量方向相同或相反就是共线向量，与向量长度无关，两个向量方向相同且长度相等，就是相等向量.共线向量或相等向量均与向量起点无关.题型二：平面向量的线性表示例9．（2022·山东潍坊·模拟预测）在平行四边形ABCD 中，,M N 分别是,AD CD 的中点，BM a =，BN b =，则BD =（）A ．3243a b +B ．2233ab C ．2334a b +D ．3344a b +【答案】B【解析】【分析】设,AB m AD n ==，根据向量的线性运算，得到11()()22BD x y n x y m =+--，结合BD n m =-，列出方程组，求得,x y 的值，即可求解.【详解】如图所示，设,AB m AD n ==，且BD xa yb =+，则1111()()()()2222BD xa yb x n m y n m x y n x y m =+=⋅-+⋅-=+--，又因为BD n m =-，所以112112x y x y ⎧+=⎪⎪⎨⎪+=⎪⎩，解得22,33x y ==，所以2233BD a b =+.故选：B.例10．（2022·河南·平顶山市第一高级中学模拟预测（文））如图，在平行四边形ABCD 中，对角线AC 与BD 交于点O ，且2EO AE =，则EB （）A ．1566AB AD - B．1566AB AD +C ．5166AB AD -D ．5166AB AD +【答案】C 【解析】【分析】根据平面向量线性运算法则计算可得；【详解】解：因为2EO AE =，所以()111366AE AO AC AB AD ===+，所以()151666EB AB AE AB AB AD AB AD =-=-+=-. 故选：C.例11．（2022·吉林吉林·模拟预测（文））如图，ABCD 中，AB a =，AD b =，点E 是AC 的三等分点13⎛⎫=⎪⎝⎭EC AC ，则DE =（）A ．1233a b -B ．2133a b -C ．1233a b +D ．2133ab 【答案】B 【解析】【分析】根据向量的加法法则和减法法则进行运算即可. 【详解】 2221()3333DE AE AD AC AD AB AD AD a b =-=-=⋅+-=- 故选：B.例12．（2022·安徽·合肥市第八中学模拟预测（文））在平行四边形ABCD 中，2233AE AB CF CD ==，，G 为EF 的中点，则DG =（）A ．1122AD AB -B ．1122AB AD -C ．3142AD AB -D ．3142AB AD -【答案】B 【解析】【分析】根据题意和平面向量的线性运算即可得出结果. 【详解】 ()1111112111·2222323622DG DE DF DA AE DC AD AB AB AB AD ⎛⎫=+=++=-++=- ⎪⎝⎭．故选：B.例13．（2022·湖南师大附中三模）艺术家们常用正多边形来设计漂亮的图案，我国国旗上五颗耀眼的正五角星就是源于正五边形，正五角星是将正五边形的任意两个不相邻的顶点用线段连接，并去掉正五边形的边后得到的图形，它的中心就是这个正五边形的中心.如图，设O 是正五边形ABCDE 的中心，则下列关系错误的是（）A ．AD DB OB OA +=-B ．0AO BE ⋅=C ．3AC AD AO +=D ．AO AD BO BD ⋅=⋅【答案】C【解析】【分析】由平面向量的运算对选项逐一判断【详解】对于A ，,AD DB AB OB OA AB +=-=，故A 正确，对于B ：因为AB AE =，OB OE =，所以AO BE ⊥，故B 正确，对于C ：由题意O 是ACD △的外心，不是ACD △的重心设CD 中点为M ，则2||=||||||||cos36||2cos 18AM AO OM AO AO AO +=+︒=⋅︒，24cos 18AC AD AO +=︒，故C 错误，对于D ：2211||||22AO AD AD BD BO BD ⋅===⋅，故D 正确．故选：C 例14．（2022·河北·石家庄二中模拟预测）数学家欧拉于1765年在他的著作《三角形的几何学》中首次提出定理：三角形的外心､重心､垂心依次位于同一条直线上，且重心到外心的距离是重心到垂心距离的一半，该直线被称为三角形的欧拉线，设点,,O G H 分别为任意ABC 的外心､重心､垂心，则下列各式一定正确的是（）A ．12OG OH =B ．23OH GH =C ．23AO AH AG +=D ．23BO BH BG += 【答案】D【解析】【分析】根据三点共线和长度关系可知AB 正误；利用向量的线性运算可表示出,AG BG ，知CD 正误.【详解】,,O G H 依次位于同一条直线上，且重心到外心的距离是重心到垂心距离的一半，12OG GH ∴=，13OG OH ∴=，32OH GH =，A 错误，B 错误； ()112333AO AH AG AO OG AO OH AO AH AO +=+=+=+-=，C 错误； ()112333BO BH BG BO OG BO OH BO BH BO +=+=+=+-=，D 正确. 故选：D.例15．（2022·全国·模拟预测）在平行四边形ABCD 中，设CB a =，CD b =，E 为AD 的中点，CE 与BD 交于F ，则AF =（）A ．23a b +-B ．23a b +-C ．23a b --D ．23a b -- 【答案】B【解析】【分析】根据题意得()13AF AC AD =+，再分析求解即可. 【详解】如下图所示，连接AC 与BD 交于O ，则O 为AC 的中点，因为E 为AD 的中点，所以F 为三角形ACD 的重心，所以()()112333a b AF AC AD a b a +=+=---=-. 故选：B.例16．（2022·黑龙江·哈尔滨三中模拟预测（文））ABC 中，E 是边BC 上靠近B 的三等分点，则向量AE =（）A ．1133AB AC + B ．1233AB AC + C ．2133AB AC + D ．2233AB AC + 【答案】C【解析】【分析】利用向量的三角形法则以及线性运算法则进行运算，即可得出结论.【详解】解：因为点E 是BC 边上靠近B 的三等分点，所以13BE BC =，所以1121()3333AE AB BE AB BC AB BA AC AB AC =+=+=++=+；故选：C.例17．（多选题）（2022·山东·烟台二中模拟预测）中华人民共和国的国旗图案是由五颗五角星组成，这些五角星的位置关系象征着中国共产党领导下的革命与人民大团结．如图，五角星是由五个全等且顶角为36°的等腰三角形和一个正五边形组成．已知当2AB =时，1BD =，则下列结论正确的为（）A ．DE DH =B ．0AF BJ ⋅=C ．51AH AB +=D ．CB CD JC JH +=- 【答案】AB【分析】连接DH ，AF ，CH ，BH ，利用五角星的结构特征逐项分析判断作答.【详解】对于A ，连接DH ，如图，由DF =FH ，108DFH ∠=得：36DHF E ∠==∠，DE DH =，A 正确；对于B ，连接AF ，由,AD AH FD FH ==得：AF 垂直平分DH ，而//BJ DH ，即AF BJ ⊥，则0AF BJ ⋅=，B 正确；对于C ，AH 与AB 不共线，C 不正确；对于D ，连接CH ，BH ，由选项A 知，DH DE BC ==，而//BC DH ，则四边形BCDH 是平行四边形， CB CD CH JH JC +==-，D 不正确.故选：AB【方法技巧与总结】（1）两向量共线问题用向量的加法和减法运算转化为需要选择的目标向量即可，而此类问题又以“爪子型”为几何背景命题居多，故熟练掌握“爪子型”公式更有利于快速解题．（2）进行向量运算时，要尽可能转化到平行四边形或三角形中，选用从同一顶点出发的基本向量或首尾相接的向量，运用向量加、减法运算及数乘运算来求解．（3）除了充分利用相等向量、相反向量和线段的比例关系外，有时还需要利用三角形中位线、相似三角形对应边成比例等平面几何的性质，把未知向量转化为与已知向量有直接关系的向量来求解．题型三：向量共线的运用例18．（2022·陕西·西北工业大学附属中学模拟预测（文））设a 、b 都是非零向量，下列四个条件中，使a a b b=成立的充分条件是（）A ．a b =且a b ∥B ．a b =-C ．a b ∥D ．2a b = 【答案】D【解析】根据充分条件的定义以及平面向量的有关概念即可解出．【详解】对于A ，当a b =且a b ∥时，a a b b =或a b a b =-，A 错误；对于B ，当a b =-时，a b a b =-，B 错误；对于C ，当a b ∥时，a ab b =或a b a b =-，C 错误；对于D ，当2a b =时，a a b b =，D 正确．故选：D ．例19．（2022·四川绵阳·二模（理））已知平面向量a ，b 不共线，46AB a b =+，3BC a b =-+，3CD a b =+，则（）A ．A ，B ，D 三点共线B ．A ，B ，C 三点共线 C ．B ，C ，D 三点共线D ．A ，C ，D 三点共线【答案】D【解析】【分析】根据给定条件逐项计算对应三点确定的某两个向量，再判断是否共线作答.【详解】平面向量a ，b 不共线，46AB a b =+，3BC a b =-+，3CD a b =+，对于A ，3(3)6BD BC CD a b a b b =+=-+++=，与AB 不共线，A 不正确；对于B ，因46AB a b =+，3BC a b =-+，则AB 与BC 不共线，B 不正确；对于C ，因3BC a b =-+，3CD a b =+，则BC 与CD 不共线，C 不正确；对于D ，46(3)393AC AB BC a b a b a b CD =+=++-+=+=，即//AC CD ，又线段AC 与CD 有公共点C ，则A ，C ，D 三点共线，D 正确.故选：D 例20．（2022·全国·高三专题练习）已知1e ，2e 是不共线向量，则下列各组向量中，是共线向量的有（）①15a e =，17b e =；②121123a e e =-，1232b e e =-； ③12a e e =+，1233b e e =-．A ．①②B ．①③C ．②③D ．①②③【解析】【分析】根据平面向量共线定理得到，对于①57a b =，故两向量共线；对于②16a b =，故两向量共线；对于③不存在实数λ满足λa b ，故不共线.【详解】对于①15a e =，17b e =，57a b =，故两向量共线；对于②121123a e e =-，1232b e e =-，16a b =，故两向量共线；对于③12a e e =+，1233b e e =-，假设存在,a b λλ=⇒()121233e e e e λ=-+()()123131e e λλ⇒-=+，因为1e ，2e 是不共线向量，故得到3131λλ-=+无解.故选：A.例21．（2022·内蒙古·包钢一中一模（文））已知向量1e ，2e 是两个不共线的向量，122a e e =-与12b e e λ=+共线，则λ=（）A ．2B ．2-C ．12-D ．12 【答案】C【解析】【分析】根据向量共线的充要条件建立方程直接求解. 【详解】因为122a e e =-与12b e e λ=+共线，所以ka b =，0k ≠，所以12121212()22=k k e e e e e e e e k λλ-+⇒-=+，因为向量1e ，2e 是两个不共线的向量，所以21k k λ=⎧⎨-=⎩，解得12λ=-，故选：C ．例22．（2022·安徽·合肥市第六中学模拟预测（理））如图，在ABC 中，M ，N 分别是线段AB ，AC 上的点，且23AM AB =，13AN AC =，D ，E 是线段BC 上的两个动点，且(,)AD AE x AM y AN x y +=+∈R ，则12x y+的的最小值是（）A ．4B ．43C ．94D ．2【答案】B【解析】【分析】根据平面向量共线定理可设AD mAB nAC =+，1m n +=，AE AB AC λμ=+，1λμ+=，再结合AD AE x AM y AN +=+得26x y +=，最后运用基本不等式可求解.【详解】设AD mAB nAC =+，1m n +=，AE AB AC λμ=+，1λμ+=，则AD AE mAB nAC AB AC λμ+=+++=3()()()3()2m AB n AC m AM n AN λμλμ+++=+++x AM y AN =+，3()2m x λ+=，3()n y m μλ+=⇒+=23x ，13n y μ+=，21222633m n x y x y λμ+++=⇒+=⇒+=.所以12112(2)6x y x y x y ⎛⎫+=++= ⎪⎝⎭14142222663y x x y ⎛⎛⎫+++≥++= ⎪ ⎝⎭⎝，当且仅当32x =，3y =时等号成立. 所以12x y +的的最小值是43. 故选：B例23．（2022·全国·模拟预测）在ABC 中，点F 为线段BC 上任一点（不含端点），若()20,0AF xAB yAC x y =+>>，则12x y +的最小值为（） A ．9B ．8C ．4D ．2【答案】A【解析】【分析】根据向量共线定理得推论得到21x y +=，再利用基本不等式“1”的妙用求解最小值.【详解】因为点F 为线段BC 上任一点（不含端点），所以21x y +=，故()12122221459y x x y x y x y x y ⎛⎫+=++=+++≥+ ⎪⎝⎭，当且仅当22y x x y =，即13x y ==时等号成立，故选：A例24．（2022·山东泰安·模拟预测）已知向量m ，n 不共线，向量53OA m n =-，OB xm n =+，若O ，A ，B 三点共线，则x =（）A ．53-B ．53C ．35D ．35【答案】A【解析】【分析】根据O ，A ，B 三点共线，则OA OB ∥，R λ∃∈，OB OA λ=，代入整理．【详解】因为O ，A ，B 三点共线，则OA OB ∥所以R λ∃∈，OB OA λ=，即()53xm n m n λ+=-整理得：()()531x m n λλ-=+ 又∵向量m ，n 不共线，则5310x λλ-=+=，则53x =- 故选：A ．例25．（2022·云南·昆明一中高三阶段练习（文））已知向量a ，b ，且2AB a b =+，BC 56a b =-+，72CD a b =-，则一定共线的三点是（）A ．A ，B ，DB ．A ，B ，C C ．B ，C ，D D ．A ，C ，D【答案】A【解析】【分析】由已知，分别表示出选项对应的向量，然后利用平面向量共线定理进行判断即可完成求解.【详解】因为2AB a b =+，BC 56a b =-+，72CD a b =-，选项A ，2AB a b =+，(56)(72)24B a b D B D b C a C b a ++-+==-+=，若A ，B ，D 三点共线，则AB BD λ=，即2(24)a b a b λ+=+，解得12λ=，故该选项正确；选项B ，2AB a b =+，BC 56a b =-+，若A ，B ，C 三点共线，则AB BC λ=，即2(56)a b a b λ+=-+，解得λ不存在，故该选项错误；选项C ，BC 56a b =-+，72CD a b =-，若B ，C ，D 三点共线，则BC BD λ=，即56(72)a b a b λ-+=-，解得λ不存在，故该选项错误；选项D ，(2)(56)48a b a A b AB BC a b C ++=+=+-=-+，72CD a b =-，若A ，C ，D 三点共线，则AC CD λ=，即48(72)a b a b λ-+=-，解得λ不存在，故该选项错误；故选：A.例26．（2022·全国·高三专题练习）给出下列命题：①若||||a b =，则a b =；②若A B C D 、、、是不共线的四点，则AB DC =是四边形ABCD 为平行四边形的充要条件；③若a b =，b c =，则a c =；④a b =的充要条件是||a ||b =且//a b ；⑤若//a b ，//b c ，则//a c ．其中正确命题的序号是________ ．【答案】②③##③②【解析】【分析】根据向量相等的概念及向量共线的概念即可判断.【详解】对于①，两个向量的长度相等，不能推出两个向量的方向的关系，故①错误；对于②，因为A ，B ，C ，D 是不共线的四点，且AB DC = 等价于//AB DC 且AB DC =，即等价于四边形ABCD 为平行四边形，故②正确；对于③，若a b =,b c =，则a c =，显然正确，故③正确；对于④，由a b =可以推出||||a b =且//a b ，但是由||||a b =且//a b 可能推出a b =-，故“||||a b =且//a b ”是“a b =”的必要不充分条件，故④不正确，对于⑤，当0b =时，//a b ，//b c ，但推不出//a c ，故⑤不正确.故答案为：②③例27．（2022·全国·高三专题练习）如图，在ABC 中，点P 满足2BP PC =，过点P 的直线与AB AC ，所在的直线分别交于点M N ，若AM AB λ=，,(0,0)AN AC μλμ=>>，则λμ+的最小值为__________．【答案】1+【解析】【分析】先利用条件找到12133λμ+=，则12()33λμλμλμ⎛⎫+=+⋅+ ⎪⎝⎭，利用基本不等式求最小值即可. 【详解】 BP BA AP =+，PC PA AC =+，又2BP PC =， ∴()2AB AP AC AP -+=-， ∴12123333AP AB AC AM AN λμ=+=+，又P 、M 、N 三点共线， ∴12133λμ+=，∴12122()113333333μλλμλμλμλμ⎛⎫⎛⎫⎛⎫+=+⋅+=+++≥+=+ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭，当且仅当233μλλμ=，即λμ=∴λμ+的最小值为1故答案为：1例28．（2022·全国·高三专题练习）已知点G 为△ABC 的重心，过G 作直线与AB 、AC 两边分别交于M 、N 两点，且AM ＝x AB ，AN ＝y AC ，求11x y+的值为________．【答案】3【解析】【分析】以,AN AM 为基底，由G 是ABC ∆的重心和M ，G ，N 三点共线，可得11=133x y+，即求. 【详解】根据条件：11,==AC AN AB AM y x，如图设D 为BC 的中点，则1122AD AB AC =+ 因为G 是ABC ∆的重心，211333AG AD AB AC ==+， 1133AG AM AN x y∴=+，又M ，G ，N 三点共线，11=133x y ∴+，即113x y+=. 故答案为：3.例29．（2022·全国·高三专题练习）如图，ABC 中点,D E 是线段BC 上两个动点，且AD AE xAB y AC +=+，则9x yxy+的最小值为______．【答案】8 【解析】【分析】设AD mAB nAC =+，AE AB AC λμ=+，由B ，D ，E ，C 共线可得2x y +=，再利用乘“1”法求解最值. 【详解】设AD mAB nAC =+，AE AB AC λμ=+，B ，D ，E ，C 共线，1m n ∴+=，1λμ+=．AD AE xAB y AC +=+，则2x y +=，点D ，E 是线段BC 上两个动点，0x ∴>，0y >． ∴991191191()()(10)(10)8222x y y x y xx y xy x y x y x y x y+=+=++=+++= 则9x yxy+的最小值为8．故答案为：8．【点睛】由向量共线定理的推论得到2x y +=是解题关键，乘“1”法求解最值是基本不等式求最值的常用方法.. 例30．（2022·全国·高三专题练习）已知向量1223a e e =-，1223b e e =+，其中1e ，2e 不共线，向量1229c e e =-，问是否存在这样的实数λ，μ，使向量d a b λμ=+与c 共线？【答案】存在【解析】【分析】由已知得12(22)(33)d e e λμλμ=++-+，所以要使d 与c 共线，则应有实数k ，使d kc =，即()1212(22)(33)29e e k e e λμλμ++-+=-，从而得222339k k λμλμ+=⎧⎨-+=-⎩，进而可求得结果【详解】因为向量1223a e e =-，1223b e e =+，所以1212(23)(23)d a b e e e e λμλμ=+=-++12(22)(33)e e λμλμ=++-+要使d 与c 共线，则应有实数k ，使d kc =，即()1212(22)(33)29e e k e e λμλμ++-+=-，即222339kkλμλμ+=⎧⎨-+=-⎩得2λμ=-. 故存在这样的实数λ，μ，只要2λμ=-，就能使d 与c 共线.【方法技巧与总结】要证明A ，B ，C 三点共线，只需证明AB 与BC 共线，即证AB =λBC （R λ∈）.若已知A ，B ，C 三点共线，则必有AB 与BC 共线，从而存在实数λ，使得AB =λBC .题型四：平面向量基本定理及应用例31．（2022·重庆八中模拟预测）如图，在平行四边形ABCD 中，E 是BC 的中点，2CF FD =，DE 与BF 相交于O ．若2AD =，(32)7AO AD AB ⋅-=-，则AB 的长为（）A ．2B ．3C ．4D ．5【答案】C 【解析】【分析】先以AB AD 、为基底表示AO ，再利用向量的数量积把(32)7AO AD AB ⋅-=-转化为关于AB 的方程，即可求得AB 的长【详解】在平行四边形ABCD 中，E 是BC 的中点，2CF FD =，DE 与BF 相交于O ．设(01)DO DE λλ=<<， (01)BO BF μμ=<<则11++122AD DO AD DE AD AB AD AD AB λλλλ⎛⎫⎛⎫+==-=-+ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭22(1)33AB BO AB BF AB AD AB AB AD μμμμ⎛⎫+=+=+-=-+ ⎪⎝⎭由AO AD DO AB BO =+=+，可得2(1)3AB AD μμ-+112AD AB λλ⎛⎫=-+ ⎪⎝⎭则112213λμμλ⎧-=⎪⎪⎨⎪-=⎪⎩，解之得1234λμ⎧=⎪⎪⎨⎪=⎪⎩，则3142AO AD DO AD AB =+=+则22(32)(33194242)7AO AD AB AD AB AD A AD AB B ⎛⎫+⋅-= ⎪⎝⋅-=⎭-=-又2AD =，则279AB -=-，解之得4AB ，即AB 的长为4故选：C例32．（2022·全国·高三专题练习）在等边ABC 中，O 为重心，D 是OB 的中点，则AD =（） A ．AB AC + B．2132AB AC +C ．1124AB AC +D ．2136AB AC +【答案】D 【解析】【分析】根据给定条件，利用平面向量的线性运算计算作答. 【详解】O 为ABC 的重心，延长AO 交BC 于E ，如图，E 为BC 中点，则有2211()()3323AO AE AB AC AB AC ==⋅+=+，而D 是OB 的中点，所以111121()222636AD AB AO AB AB AC AB AC =+=++=+. 故选：D例33．（2022·河南郑州·三模（理））在ABC 中，D 是BC 上一点，2BD DC =，M 是线段AD 上一点，14BM tBA BC =+，则t =（）A ．12 B ．23C ．34 D ．58【答案】D 【解析】【分析】求得1233AD AB AC =+，设1233AM AD AB AC λλλ==+，其中01λ≤≤，利用平面向量的线性运算可得出3144AM AB BM t AB AC ⎛⎫=+=-+ ⎪⎝⎭，根据平面向量的基本定理可得出关于λ、t 的方程组，即可解得t 的值.【详解】因为2BD DC =，则()2AD AB AC AD -=-，所以，1233AD AB AC =+， ()131444AM AB BM AB t AB AC AB t AB AC ⎛⎫=+=-+-=-+ ⎪⎝⎭，因为M 是线段AD 上一点，设1233AM AD AB AC λλλ==+，其中01λ≤≤，所以，13342134t λλ⎧=-⎪⎪⎨⎪=⎪⎩，解得3858t λ⎧=⎪⎪⎨⎪=⎪⎩. 故选：D.例34．（2022·河南·模拟预测（理））如图，在ABCD 中，M 为BC 的中点，AC mAM nBD =+，则m ＋n ＝（）A ．1B ．43 C ．53D ．2【答案】C 【解析】【分析】利用向量的线性运算可求,m n 的值. 【详解】1122AM AB BC AB AD =+=+，而BD AD AB =-，故()12AC m AB AD n AD AB ⎛⎫=++- ⎪⎝⎭()2m m n AB n AD ⎛⎫=-++ ⎪⎝⎭，而AC AB AD =+且,AB AD 不共线，故4153{13123m n m m n m n n ⎧-==⎪⎪⇒⇒+=⎨+=⎪=⎪⎩，故选：C.例35．（2022·河南商丘·三模（理））如图，在ABC 中，点D ，E 分别在边AB ，BC 上，且均为靠近B 的四等分点，CD 与AE 交于点F ，若BF xAB yAC =+，则3x y +=（）A ．1-B ．34-C ．12-D ．14-【答案】A 【解析】【分析】由题意推出DE AC ∥，可得14DF DE FC AC ==，推出15DF DC =，根据向量的加减运算，用基底,AB AC 表示出BF ，和BF xAB yAC =+比较，可得,x y ，即得答案.【详解】连结DE ，由题意可知，14BD BE BA BC ==，所以DE AC ∥，则14DE BD AC BA ==，所以14DF DE FC AC ==，所以14BD AB =-，34DC AC AD AC AB =-=-，则1135520DF DC AC AB ==-，故11321452055BF BD DF AB AC AB AB AC =+=-+-=-+，又BF xAB yAC =+，所以25x =-，15y =，则31x y +=-，故选：A例36．（2022·山东济宁·三模）在边长为4的等边ABC 中，已知23AD AB =，点P 在线段CD 上，且12AP mAC AB =+，则AP =________.【解析】【分析】根据题意得34AP mAC AD =+，求出14m =，所以1142AP AC AB =+，即21142AP AC AB ⎛⎫=+ ⎪，求解即可.【详解】因为23AD AB =，所以32AB AD =，又12AP mAC AB =+，即1324AP mAC AB mAC AD =+=+，因为点P 在线段CD 上，所以P ，C ，D 三点共线，由平面向量三点共线定理得，314m +=，即14m =，所以1142AP AC AB =+，又ABC 是边长为4的等边三角形，所以222211111cos60421644AP AC AB AC AC AB AB ⎛⎫=+=++ ⎪⎝⎭1111164416716424=⨯+⨯⨯⨯+⨯=，故7AP =例37．（2022·湖南·模拟预测）在三角形ABC 中，点D 在边BC 上，若2BD DC =，AD AB ACλμ=+(),λμ∈R ，则λμ-=______．【答案】13-【解析】【分析】由平面向量基本定理得到13λ=，23μ=，从而求出答案.【详解】由已知2BD DC =，得()2233BD BC AC AB ==-，所以()212333A A C AB D AB BD AB A A BC -+===++，因为(),AD AB AC λμλμ=+∈R ，所以13λ=，23μ=，所以121333λμ-=-=-．故答案为：13-【方法技巧与总结】应用平面向量基本定理表示向量的实质是利用平行四边形法则或三角形法则进行向量的加法、减法或数乘运算，基本方法有两种：（1）运用向量的线性运算法则对待求向量不断进行化简，直至用基底表示为止．（2）将向量用含参数的基底表示，然后列方程或方程组，利用基底表示向量的唯一性求解．（3）三点共线定理： A ，B ，P 三点共线的充要条件是：存在实数,λμ，使OP OA OB λμ=+，其中1λμ+=，O 为AB 外一点.题型五：平面向量的直角坐标运算例38．（2022·江苏·高三专题练习）在正方形ABCD 中，M 是BC 的中点．若AC AM BD λμ=+，则λμ+。

高二数学平面向量与空间向量的夹角与平行

高二数学平面向量与空间向量的夹角与平行数学中的向量是广泛应用于各个领域的概念，其夹角和平行性是研究向量性质的重要内容。

在高中数学的学习阶段，我们首先学习了平面向量，然后逐渐引入了空间向量。

本文将讨论高二阶段数学中平面向量和空间向量之间夹角的概念和计算方法，以及向量的平行性。

一、平面向量的夹角与平行性在平面上，我们常常遇到两个向量的夹角和平行性的问题。

夹角指的是一个向量与另一个向量之间的角度关系。

平行性则指的是两个向量的方向相同或相反。

1. 夹角的定义与计算两个非零向量A和A在平面上的夹角可以用余弦定理来计算。

假设向量A的模为 |A|，向量A的模为 |A|，两向量的夹角为θ，则有以下公式：A·A = |A||A|cosθ其中，A·A表示向量的数量积或点积。

通过上述公式，我们可以求出两个向量的点积值，由点积值求解出夹角θ。

若两向量的点积为零，则它们垂直；若点积大于零，则它们夹角为锐角；若点积小于零，则它们夹角为钝角。

2. 平行与共线的判定如果两个向量A和A的夹角为0或180度，它们即为平行向量。

要判断两向量是否平行，我们可以计算它们的方向向量，若方向向量相等，则它们平行。

此外，两个非零向量平行的充分必要条件是它们的数量积等于零。

二、空间向量的夹角与平行性当我们进一步学习空间向量时，针对夹角和平行性的概念也需要进行拓展。

1. 夹角的定义与计算对于空间中的两个向量A和A，它们的夹角θ 满足以下公式：cosθ = (A·A) / (|A||A|)其中，(A·A) 表示向量的数量积或点积，|A| 和 |A| 分别表示向量的模。

通过该公式，我们可以求出两个向量的点积，从而计算出夹角的值。

同样，若点积为零，则两向量垂直；若点积大于零，则夹角为锐角；若点积小于零，则夹角为钝角。

2. 平行与共线的判定空间中的两个向量A和A，若满足以下条件，则它们平行或共线：a) 两向量的方向向量相等；b) 两向量的数量积等于零。