平面向量应用举例
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
平面向量应用举例
【学习目标】
1.会用向量方法解决某些简单的平面几何问题.
2.会用向量方法解决简单的力学问题与其他一些实际问题.
3.体会用向量方法解决实际问题的过程,知道向量是一种处理几何、物理等问题的工具,提高运算能力和解决实际问题的能力.
【要点梳理】
要点一:向量在平面几何中的应用
向量在平面几何中的应用主要有以下几个方面:
(1)证明线段相等、平行,常运用向量加法的三角形法则、平行四边形法则,有时用到向量减法的意义.
(2)证明线段平行、三角形相似,判断两直线(或线段)是否平行,常运用向量平行(共线)的条件://λ⇔=a b a b (或x 1y 2-x 2y 1=0).
(3)证明线段的垂直问题,如证明四边形是矩形、正方形,判断两直线(线段)是否垂直等,常运用向量垂直的条件:0⊥⇔⋅=a b a b (或x 1x 2+y 1y 2=0).
(4)求与夹角相关的问题,往往利用向量的夹角公式cos ||||
θ⋅=
a b
a b .
(5)向量的坐标法,对于有些平面几何问题,如长方形、正方形、直角三角形等,建立直角坐标系,把向量用坐标表示,通过代数运算解决几何问题.
要点诠释:
用向量知识证明平面几何问题是向量应用的一个方面,解决这类题的关键是正确选择基底,表示出相关向量,这样平面图形的许多性质,如长度、夹角等都可以通过向量的线性运算及数量积表示出来,从而把几何问题转化成向量问题,再通过向量的运算法则运算就可以达到解决几何问题的目的了.
要点二:向量在解析几何中的应用
在平面直角坐标系中,有序实数对(x ,y )既可以表示一个固定的点,又可以表示一个向量,使向量与解析几何有了密切的联系,特别是有关直线的平行、垂直问题,可以用向量方法解决.
常见解析几何问题及应对方法:
(1)斜率相等问题:常用向量平行的性质.
(2)垂直条件运用:转化为向量垂直,然后构造向量数量积为零的等式,最终转换出关于点的坐标的方程.
(3)定比分点问题:转化为三点共线及向量共线的等式条件.
(4)夹角问题:利用公式cos ||||
θ⋅=
a b
a b .
要点三:向量在物理中的应用
(1)利用向量知识来确定物理问题,应注意两方面:一方面是如何把物理问题转化成数学问题,即将物理问题抽象成数学模型;另一方面是如何利用建立起来的数学模型解释相关物理现象.
(2)明确用向量研究物理问题的相关知识:①力、速度、位移都是向量;②力、速度、位移的合成与分解就是向量的加减法;③动量mv 是数乘向量;④功即是力F 与所产生位移s 的数量积.
(3)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;三是把结果还原为物理结论.
【典型例题】
类型一:向量在平面几何中的应用
例1.用向量法证明:直径所对的圆周角是直角.
已知:如下图,AB 是⊙O 的直径,点P 是⊙O 上任一点(不与A 、B 重合),求证:∠APB =90°.
证明:联结OP ,设向量b OP a OA =→=→,,则a OB -=→
且b a OP OA PA -=→-→=→,
b a OP OB PB --=→
-→=→
0||||222
2=-=-=→⋅→∴a b a b PB PA
→
⊥→∴PB PA ,即∠APB =90°.
【总结升华】解决垂直问题,一般的思路是将目标线段的垂直转化为向量的数量积为零,而在此过程中,则需运用向量运算,将目标向量用基底表示,通过基底的数量积运算式使问题获解,如本题便是将向量PA ,PB 由基底a ,b 线性表示.当然基底的选取应以方便运算为准,即它们的夹角是明确的,且长度易知.
举一反三:
【高清课堂:平面向量的应用举例395486 例1】
【变式1】P 是△ABC 所在平面上一点,若PA PB PB PC PC PA ⋅=⋅=⋅,则P 是△ABC 的( ) A .外心 B .内心 C .重心 D .垂心 【答案】D
【高清课堂:平面向量的应用举例395486 例4】
【变式2】已知正方形ABCD 的边长为1,点E 是AB 边上的动点,则DE CB ⋅的值为________;
DE DC ⋅的最大值为________.
【解析】||||cos ,DE CB DE DA DE DA DE DA ⋅=⋅=⋅〈〉=2
||||||DA DA DA ⋅==1
||||cos ,DE DC DE DC DE DC ⋅=⋅〈〉
=||||cos DE DC EDC ⋅∠4
2EDC π
π⎛⎫≤∠≤
⎪⎝⎭
=||cos DE EDC ∠
=||DF (F 是E 点在DC 上的投影) 1≤
当F 与C 点重合时,上式取到等号.
例2.如图所示,四边形ADCB 是正方形,P 是对角线DB 上一点,PFCE 是矩形,证明:PA EF ⊥
.
【思路点拨】如果我们能用坐标表示PA 与EF ,则要证明结论,只要用两向量垂直的充要条件进行验证即可.因此只要建立适当的坐标系,得到点A 、B 、E 、F 的坐标后,就可进行论证.
【解析】以点D 为坐标原点,DC 所在直线为x 轴建立如图所示坐标系,设正方形的边长为1,
||DP λ=,则)1,0(A ,)22,22(
λλP ,)22,1(λE ,)0,2
2(λF , 于是22(,1)22PA λ=-
-,22
(1,)22
EF λλ=--, ∵2222
()(1)(1)()PA EF ⋅=-⋅-+-⋅ 002
2
)221122(22=⨯-=-+-⋅-
=λλλλ ∴PA EF ⊥. 举一反三: 【变式
1】(2016 南通模拟)平面直角坐标系
xOy
中,已知向量
(6,1),(,),(2,3)AB BC x y CD ===--,且//AD BC .
(1)求x 与y 之间的关系式;
(2)若AC BD ⊥,求四边形ABCD 的面积. 【答案】(1)x +2y =0;(2)16
【解析】(1)由题意得(4,2),(,)AD AB BC CD x y BC x y =++=+-=, 因为//AD BC ,
所以(x +4)y ―(y ―2)x =0,即x +2y =0, ①
(2)由题意得(6,1),(2,3)AC AB BC x y BD BC CD x y =+=++=+=--, 因为AC BD ⊥,
所以(x +6)(x ―2)+(y +1)(y ―3)=0,即x 2+y 2+4x ―2y ―15=0, ② 由①②得2
1x y =⎧⎨
=-⎩ 或
6
3
x y =-⎧⎨
=⎩. P
F
y x
E D C
B
A
O