平面向量应用举例

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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

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