平面向量数量积的运算律
平面向量的数量积与平面向量应用举例_图文_图文

三、向量数量积的性质
1.如果e是单位向量,则a·e=e·a. 2.a⊥b⇔ a·b=0 .
|a|2
4.cos θ=
.(θ为a与b的夹角)
5.|a·b| ≤ |a||b|.
四、数量积的运算律
1.交换律:a·b= b·a . 2.分配律:(a+b)·c= a·c+b·c . 3.对λ∈R,λ(a·b)= (λa)·b= a·(λb.) 五、数量积的坐标运算
∴a与c的夹角为90°. (2)∵a与b是不共线的单位向量,∴|a|=|b|=1. 又ka-b与a+b垂直,∴(a+b)·(ka-b)=0, 即ka2+ka·b-a·b-b2=0. ∴k-1+ka·b-a·b=0. 即k-1+kcos θ-cos θ=0(θ为a与b的夹角). ∴(k-1)(1+cos θ)=0.又a与b不共线, ∴cos θ≠-1.∴k=1. [答案] (1)B (2)1
解析:(1) a=(x-1,1),a-b=(x-1,1)-(-x+1,3)= (2x-2,-2),故a⊥(a-b)⇔2(x-1)2-2=0⇔x=0或2 ,故x=2是a⊥(a-b)的一个充分不必要条件.
答案: (1)B (2)D
平面向量的模 [答案] B
[答案] D
[典例总结]
利用数量积求长度问题是数量积的重要应用,要掌 握此类问题的处理方法:
[巩固练习]
2.(1)设向量a=(x-1,1),b=(-x+1,3),则a⊥(a-b)
的一个充分不必要条件是
()
A.x=0或2
B.x=2
C.x=1
D.x=±2
(2)已知向量a=(1,0),b=(0,1),c=a+λb(λ∈R),
向量d如图所示,则
()
A.存在λ>0,使得向量c与向量d垂直 B.存在λ>0,使得向量c与向量d夹角为60° C.存在λ<0,使得向量c与向量d夹角为30° D.存在λ>0,使得向量c与向量d共线
平面向量的数量积及运算律

平面向量的数量积及运算律学校上南中学 姓名欧阳民教学目的:1.掌握平面向量数量积运算规律;2.能利用数量积的5个重要性质及数量积运算律解决有关问题;3.掌握两个向量共线、垂直的几何判断,会证明两向量垂直,以及能解决一些简单问题.教学重点:平面向量数量积及运算规律.教学难点:平面向量数量积的应用教学过程:一、复习引入:1.复习两个非零向量夹角的概念。
2.问题探索:利用物理学中的做功问题,来引入平面向量数量积(内积)的定义: θcos b a b a =⋅3.“投影”的概念:定义:|b |cos θ叫做向量b 在a 方向上的投影。
4.向量的数量积的几何意义:数量积a ⋅b 等于a 的长度与b 在a 方向上投影|b |cos θ的乘积。
例1.若45==b a ,,当a 与b 的夹角为0120时,求b a ⋅。
变式1 若45==b a ,,当b a ⊥,求b a ⋅;变式2 若45==b a ,,当b a //,求b a ⋅,a a ⋅;变式3 若45==b a ,,当210=⋅b a ,求a 与b 的夹角;变式4 若45==b a ,,当a 与b 的夹角为060时,求b a ⋅。
练一练,比一比:1.已知68==q p ,,p 与q 的夹角为060,求q p ⋅。
2.设912==b a ,,254-=⋅b a ,求a 与b 的夹角。
3.已知ABC ∆中,,,b AC a AB ==当00=⋅<⋅b a b a ,时,ABC ∆各是什么三角形?0>⋅b a 呢?二、平面向量数量积的运算律1.交换律:a ⋅ b = b ⋅ a2.数乘结合律:(λa )⋅b =λ(a ⋅b ) = a ⋅(λb )3.分配律:(a + b )⋅c = a ⋅c + b ⋅c证明(略)三、两个向量的数量积的性质:设a 、b 为两个非零向量,e 是与b 同向的单位向量。
(1) e ⋅a = a ⋅e =|a |cos θ;(2) a ⊥b ⇔ a ⋅b = 0(3) 当a 与b 同向时,a ⋅b = |a ||b |;当a 与b 反向时,a ⋅b = -|a ||b |。
平面向量的运算规则

平面向量的运算规则平面向量是研究平面上有大小和方向的量,常用于解决几何问题和物理问题。
为了对平面向量进行运算,我们需要了解平面向量的运算规则。
本文将介绍平面向量的加法、减法、数乘和数量积的运算规则,以及向量的共线性和平行性。
一、平面向量的加法规则对于平面上的两个向量A和A,它们的加法规则如下:A + A = A + A即向量的加法满足交换律。
二、平面向量的减法规则对于平面上的两个向量A和A,它们的减法规则如下:A - A≠ A - A向量的减法不满足交换律。
减法运算可以通过将减法转化为加法进行计算:A - A = A + (-A)其中,-A表示向量A的反向向量,即大小相等,方向相反。
三、平面向量的数乘规则对于平面上的向量A和一个实数A,它们的数乘规则如下:AA = AA即数乘满足交换律。
数乘后的向量与原向量大小相等,方向与原向量平行或反向。
四、平面向量的数量积规则平面向量的数量积又称为点积或内积。
对于平面上的两个向量A和A,它们的数量积规则如下:A·A = AA cosθ其中,A·A表示向量A和A的数量积,AA为A和A的模的乘积,θ为A和A之间的夹角。
根据数量积的定义,我们可以得到以下结论:1. 若A·A = 0,则A与A垂直,即A和A互相垂直。
2. 若A·A > 0,则A与A夹角为锐角。
3. 若A·A < 0,则A与A夹角为钝角。
五、平面向量的共线性和平行性对于平面上的两个向量A和A,它们的共线性和平行性判断规则如下:1. 共线性判断:若存在一个实数A,使得A = AA,则A与A共线,且方向相同或相反。
2. 平行性判断:若A与A共线且方向相同或相反,则A与A平行。
总结:平面向量的运算规则包括加法、减法、数乘和数量积。
其中,加法满足交换律,减法不满足交换律,数乘满足交换律。
数量积可以判断向量的垂直性和夹角的锐钝性。
同时,共线性和平行性的判断也是平面向量运算中的重要内容。
平面向量数量积的定义

1
A1
c
B1
C
证明: 任取一点 O, 作 OA a , AB b , OC c . 因为 a b (即OB) 在 c 方向上的投影等于 a 、b 在 c 方向上的投影的和. 由此可证,运算律( 3 )成立 (以下见黑板) .
练一练
判断题 (1) (a b)c a(b c)
注: 两个向量的数量积是一个数量,这个数量的大 小与两个向量的长度及其夹角有关. (2)“ a b a b ”能不能写成“ 式? ”或者 ab “ ” 的形
例题分析: 例1 已知|a|=5,|b|=4,a与b的夹角 θ=120°,求a· b。
解:a· b=|a| |b|cosθ=5×4×cos120°
1、已知a
a 与b 的交角为90 o,则a b 0 2, b 3,
;
(1)a⊥b a · b=0 (判断两向量垂直的依据) 2、若 a
a、b共线,则 a b 3或- b 3, . 3 1,
(2)当a 与b 同向时,a · b =| a | · | b |,当a 与b 反向 时, a · b = -| a | · | b | .( a // b 特别地
B
B b
B
b
b
O a
B1
A
B1Biblioteka Oa A O( B1 ) a
A
θ为锐角时, | b | cosθ>0 a O b B 。 0时,它是 | b |
θ为钝角时, | b | cosθ<0 b A B O
θ为直角时, | b | cosθ=0 a A
θ为
。 θ为 180时,它是 -| b |
向量数量积的性质
平面向量的数量积与运算律公开课课件

平面向量的数量积及运算律 复习 新课 例题 练习
例、求证:
2 2 2 (1)( a b ) a 2a b b 2 2 2(a b ) (a b ) a b
问:
(a b ) (a b ) ? (a b )
平面向量的数量积及运算律
小 结
总结:
掌握平面向量数量积的运算 律,体会平面向量数量积运算与数 与式运算的区别与联系;
理解利用性质求长度、角度、 证垂直的方法与手段。
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练习2 向量a与b 夹角是3 则 | a 源自 b | | a b | _____
, | a | 2,| b | 1,
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作业:
1、若 | a || b | 1, a b 且2a 3b 与 ka 4b 也互相垂直,求k的值。 2、设a是非零向量,且b c , 求证: a b a c a (b c )
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1、数量积的定义:
a b | a || b | cos
2、数量积的几何意义:
a b 等于 a 的长度 | a |与 b 在a方向上的投影
| b | cos 的乘积。
所以 | a b | cos | a | cos 1 | b | cos 2
0
A
a
1
A1
2 b
B C
c A2
| a b || c | cos | a || c | cos1 | b || c | cos2
新课标人教A版数学必修4全部课件:平面向量的数量积及运算律

(× )
( ×)
(× ) (√ ) (× )
五.小结
(1)向量的数量积的定义及几何意义.
(2)数量积的5条性质. 六.作业
习题5.6 3,6
谢谢莅临指导!
再 见
Байду номын сангаас
四.课堂练习
判断下列各题是否正确
(1)若a=0,则对任意向量b,有a· 0------ (√) b=
(2)若a≠0,则对任意非零向量b,有a· b≠0-(3)若a≠0,且a· b=0,则b=0 ------------------(4)若a· b=0,则a=0或b=0 --------------------(5)对任意向量a有a2=│a│2 ---------------(6)若a≠0且a· c,则b=c ------------------b=a·
三.根据定义思考下列各题:
设a,b是非零向量,e是与b方向相同的 单位向量,θ是 a与 e的夹角,则 (1)a· e与e· a的关系是:__________ (2)命题p:a b,命题q:a· 0则p与q的关 b= 系是:__________ (3)当a与b同向时,a· b=__________ 当a与b反向时,a· b=__________ (4)cosθ=_______ │a·b│___│a│·│b│
平面向量的数量积是一个数量,而差向量、和 向量分别是一个向量。 思考2: 如图,作出│b│cosθ,并说出它的几何 意义;│a│cosθ的几何意义有是什么?
B b θ ┐ O a B1 A
(1)
B b θ B1 O
┐
B b
θ a ┓ a A O(B1)
(3)
A
(2)
│b│cosθ叫做向量b在向量a上的投影, │a│cosθ叫做向量a在向量b上的投影. a· b的几何意义: 向量a与b的数量积a· b等于a的长度│a│ 与b在a的方向上的投影│b│cosθ的积.
§5.3 平面向量的数量积

§5.3 平面向量的数量积考情考向分析 主要考查利用数量积的定义解决数量积的运算、求模与夹角等问题,考查利用数量积的坐标表示求两个向量的夹角、模以及判断两个平面向量的平行与垂直关系.一般以填空题的形式考查,偶尔会在解答题中出现,属于中档题.1.向量的夹角已知两个非零向量a 和b ,作OA →=a ,OB →=b ,则∠AOB 就是向量a 与b 的夹角,向量夹角的范围是[0,π]. 2.平面向量的数量积定义:设两个非零向量a ,b 的夹角为θ,则数量|a ||b |·cos θ叫做a 与b 的数量积,记作a ·b .3.平面向量数量积的性质设a ,b 都是非零向量,e 是单位向量,θ为a 与b (或e )的夹角.则 (1)e ·a =a ·e =|a |cos θ. (2)a ⊥b ⇔a ·b =0.(3)当a 与b 同向时,a ·b =|a ||b |; 当a 与b 反向时,a ·b =-|a ||b |. 特别地,a ·a =|a |2或|a |=a ·a .(4)cos θ=a ·b|a ||b |.(5)|a ·b |≤|a ||b |.4.平面向量数量积满足的运算律 (1)a ·b =b ·a ;(2)(λa )·b =λ(a ·b )=a ·(λb )(λ为实数); (3)(a +b )·c =a ·c +b ·c .5.平面向量数量积有关性质的坐标表示设向量a =(x 1,y 1),b =(x 2,y 2),则a ·b =x 1x 2+y 1y 2,由此得到 (1)若a =(x ,y ),则|a |2=x 2+y 2或|a |=x 2+y 2.(2)设A (x 1,y 1),B (x 2,y 2),则A ,B 两点间的距离AB =|AB →|=(x 2-x 1)2+(y 2-y 1)2. (3)设两个非零向量a ,b ,a =(x 1,y 1),b =(x 2,y 2),则a ⊥b ⇔x 1x 2+y 1y 2=0.(4)若a ,b 都是非零向量,θ是a 与b 的夹角,则cos θ=a ·b |a ||b |=x 1x 2+y 1y 2x 21+y 21 x 22+y 22. 知识拓展1.两个向量a ,b 的夹角为锐角⇔a ·b >0且a ,b 不共线; 两个向量a ,b 的夹角为钝角⇔a ·b <0且a ,b 不共线.2.平面向量数量积运算的常用公式 (1)(a +b )·(a -b )=a 2-b 2. (2)(a +b )2=a 2+2a ·b +b 2. (3)(a -b )2=a 2-2a ·b +b 2.题组一 思考辨析1.判断下列结论是否正确(请在括号中打“√”或“×”)(1)两个向量的数量积是一个实数,向量的加、减、数乘运算的运算结果是向量.( √ ) (2)由a ·b =0可得a =0或b =0.( × ) (3)(a ·b )c =a (b ·c ).( × )(4)两个向量的夹角的范围是⎣⎢⎡⎦⎥⎤0,π2.( × )(5)若a ·b >0,则a 和b 的夹角为锐角;若a ·b <0,则a 和b 的夹角为钝角.( × ) 题组二 教材改编2.[P90习题T18]已知向量a =(2,1),b =(-1,k ),a ·(2a -b )=0,则k =________. 答案 12解析 ∵2a -b =(4,2)-(-1,k )=(5,2-k ), 由a ·(2a -b )=0,得(2,1)·(5,2-k )=0, ∴10+2-k =0,解得k =12.3.[P90练习T19]设a =(1,2),b =(1,1),c =a +k b .若b ⊥c ,则实数k 的值为________. 答案 -32解析 由已知得c =(1,2)+k (1,1)=(k +1,k +2), 因为b ⊥c ,所以b ·c =0, 因此k +1+k +2=0,解得k =-32.题组三 易错自纠4.设向量a =(-1,2),b =(m,1),如果向量a +2b 与2a -b 平行,那么a 与b 的数量积是________. 答案 52解析 a +2b =(-1+2m,4),2a -b =(-2-m,3), 由题意得3(-1+2m )-4(-2-m )=0,则m =-12,所以a ·b =-1×⎝ ⎛⎭⎪⎫-12+2×1=52. 5.已知|a |=3,|b |=2,若a ·b =-3,则a 与b 的夹角的大小为________. 答案2π3解析 设a 与b 的夹角为θ,则cos θ=a ·b |a ||b |=-33×2=-12.又0≤θ≤π,所以θ=2π3.6.已知△ABC 的三边长均为1,且AB →=c ,BC →=a ,CA →=b ,则a ·b +b ·c +a ·c =________. 答案 -32解析 ∵〈a ,b 〉=〈b ,c 〉=〈a ,c 〉=120°,|a |=|b |=|c |=1, ∴a ·b =b ·c =a ·c =1×1×cos 120°=-12,∴a ·b +b ·c +a ·c =-32.题型一 平面向量数量积的运算1.设四边形ABCD 为平行四边形,|AB →|=6,|AD →|=4,若点M ,N 满足BM →=3MC →,DN →=2NC →,则AM →·NM →=________. 答案 9解析 AM →=AB →+34AD →,NM →=CM →-CN →=-14AD →+13AB →,∴AM →·NM →=14(4AB →+3AD →)·112(4AB →-3AD →)=148(16AB →2-9AD →2)=148(16×62-9×42)=9. 2.在△ABC 中,AB =4,BC =6,∠ABC =π2,D 是AC 的中点,E 在BC 上,且AE ⊥BD ,则AE →·BC→=________. 答案 16解析 以B 为原点,BA ,BC 所在直线分别为x ,y 轴建立平面直角坐标系(图略),A (4,0),B (0,0),C (0,6),D (2,3),设E (0,t ),BD →·AE →=(2,3)·(-4,t )=-8+3t =0,t =83,即E ⎝ ⎛⎭⎪⎫0,83,AE →·BC →=⎝⎛⎭⎪⎫-4,83·(0,6)=16.思维升华 平面向量数量积的三种运算方法(1)当已知向量的模和夹角时,可利用定义法求解,即a ·b =|a ||b |cos 〈a ,b 〉. (2)当已知向量的坐标时,可利用坐标法求解,即若a =(x 1,y 1),b =(x 2,y 2),则a ·b =x 1x 2+y 1y 2.(3)利用数量积的几何意义求解.题型二 平面向量数量积的应用命题点1 求向量的模典例 (1)已知向量a ,b 的夹角为60°,|a |=2,|a -2b |=2,则|b |=________. 答案 1解析 由|a -2b |=2,得(a -2b )2=|a |2-4a ·b +4|b |2=4, 即|a |2-4|a||b |cos 60°+4|b |2=4, 则|b |2-|b |=0,解得|b |=0(舍去)或|b |=1.(2)(2017·江苏沛县中学质检)已知AD 是△ABC 的中线,若∠A =120°,AB →·AC →=-2,则|AD →|的最小值是________. 答案 1解析 ∵AB →·AC →=-2=|AB →||AC →|cos A ,∠A =120°,∴|AB →||AC →|=4, ∵|AD →|=12(AB →+AC →),∴|AD →|2=14(|AB →|2+|AC →|2+2AB →·AC →)=14(|AB →|2+|AC →|2-4)≥14(2|AB →||AC →|-4)=1, 当且仅当AB =AC =2时取等号,∴|AD →|min =1. 命题点2 求向量的夹角典例 (1)已知向量a ,b 满足(2a -b )·(a +b )=6,且|a |=2,|b |=1,则a 与b 的夹角为______. 答案2π3解析 ∵(2a -b )·(a +b )=6,∴2a 2+a ·b -b 2=6, 又|a |=2,|b |=1,∴a ·b =-1, ∴cos 〈a ,b 〉=a ·b |a||b |=-12,又〈a ,b 〉∈[0,π],∴a 与b 的夹角为2π3.(2)已知单位向量e 1与e 2的夹角为π3,向量e 1+2e 2与2e 1+λe 2的夹角为2π3,则λ=________.答案 -3 解析 依题意可得|e 1+2e 2|=(e 1)2+4e 1·e 2+(2e 2)2=7, 同理,|2e 1+λe 2|=4+2λ+λ2, 而(e 1+2e 2)·(2e 1+λe 2)=4+52λ,又向量e 1+2e 2与2e 1+λe 2的夹角为2π3,可知(e 1+2e 2)·(2e 1+λe 2)|e 1+2e 2||2e 1+λe 2|=4+52λ7×4+2λ+λ2=-12, 由此解得λ=-23或-3,又4+52λ<0,∴λ=-3.思维升华 (1)求解平面向量模的方法①把几何图形放到适当的坐标系中,写出有关向量的坐标,求向量的长度.如若向量a =(x ,y ),求向量a 的模只需利用公式|a |=x 2+y 2即可.②当向量坐标无法表示时,利用向量的线性运算和向量的数量积公式进行求解,关键是会把向量a 的模进行如下转化:|a |=a 2. (2)求平面向量的夹角的方法①定义法:利用向量数量积的定义知,cos θ=a ·b|a||b |,其中两个向量的夹角θ的取值范围为[0,π],求解时应求出三个量:a ·b ,|a |,|b |或者找出这三个量之间的关系. ②坐标法:若a =(x 1,y 1),b =(x 2,y 2),则cos θ=x 1x 2+y 1y 2x 21+y 21·x 22+y 22. ③解三角形法:可以把所求两向量的夹角放到三角形中,利用正、余弦定理和三角形的面积公式等进行求解.跟踪训练 (1)(2017·全国Ⅰ)已知向量a ,b 的夹角为60°,|a |=2,|b |=1,则|a +2b |=________. 答案 2 3解析 方法一 |a +2b |=(a +2b )2=a 2+4a ·b +4b 2=22+4×2×1×cos 60°+4×12=12=2 3. 方法二 (数形结合法)由|a |=|2b |=2知,以a 与2b 为邻边可作出边长为2的菱形OACB ,如图,则|a +2b |=|OC →|.又∠AOB =60°,所以|a +2b |=2 3.(2)(2017·山东)已知e 1,e 2是互相垂直的单位向量,若3e 1-e 2与e 1+λe 2的夹角为60°,则实数λ的值是________. 答案33解析 由题意知|e 1|=|e 2|=1,e 1·e 2=0,|3e 1-e 2|=(3e 1-e 2)2=3e 21-23e 1·e 2+e 22=3-0+1=2. 同理|e 1+λe 2|=1+λ2.所以cos 60°=(3e 1-e 2)·(e 1+λe 2)|3e 1-e 2||e 1+λe 2|=3e 21+(3λ-1)e 1·e 2-λe 2221+λ2=3-λ21+λ2=12, 解得λ=33. 题型三 平面向量与三角函数典例 (2017·江苏三市调研)如图,A 是单位圆与x 轴正半轴的交点,点B ,P 在单位圆上,且B ⎝ ⎛⎭⎪⎫-35,45,∠AOB =α,∠AOP =θ(0<θ<π),OQ →=OA →+OP →,四边形OAQP 的面积为S .(1)求cos α+sin α;(2)求OA →·OQ →+S 的最大值及此时θ的值θ0.解 (1)∵B ⎝ ⎛⎭⎪⎫-35,45,∠AOB =α, ∴cos α=-35,sin α=45,∴cos α+sin α=15.(2)由已知得,A (1,0),P (cos θ,sin θ), ∴OQ →=(1+cos θ,sin θ), OA →·OQ →=1+cos θ, 又S =sin θ,∴OA →·OQ →+S =sin θ+cos θ+1=2sin ⎝ ⎛⎭⎪⎫θ+π4+1, 又0<θ<π,∴π4<θ+π4<5π4,∴-22<sin ⎝⎛⎭⎪⎫θ+π4≤1, 则OA →·OQ →+S 的最大值为2+1, 此时θ0=π2-π4=π4.思维升华 平面向量与三角函数的综合问题的解题思路(1)题目条件给出向量的坐标中含有三角函数的形式,运用向量共线或垂直或等式成立等,得到三角函数的关系式,然后求解.(2)给出用三角函数表示的向量坐标,要求的是向量的模或者其他向量的表达形式,解题思路是经过向量的运算,利用三角函数在定义域内的有界性,求得值域等. 跟踪训练 在平面直角坐标系xOy 中,已知向量m =⎝⎛⎭⎪⎫22,-22,n =(sin x ,cos x ),x ∈⎝⎛⎭⎪⎫0,π2.(1)若m ⊥n ,求tan x 的值; (2)若m 与n 的夹角为π3,求x 的值.解 (1)因为m =⎝⎛⎭⎪⎫22,-22,n =(sin x ,cos x ),m ⊥n .所以m ·n =0,即22sin x -22cos x =0, 所以sin x =cos x ,所以tan x =1.(2)因为|m |=|n |=1,所以m ·n =cos π3=12,即22sin x -22cos x =12,所以sin ⎝⎛⎭⎪⎫x -π4=12,因为0<x <π2,所以-π4<x -π4<π4,所以x -π4=π6,即x =5π12.利用数量积求向量夹角典例 已知直线y =2x 上一点P 的横坐标为a ,直线外有两个点A (-1,1),B (3,3).求使向量PA →与PB →夹角为钝角的充要条件. 错解展示:现场纠错解 错解中,cos θ<0包含了θ=π, 即PA →,PB →反向的情况,此时a =1,故PA →,PB →夹角为钝角的充要条件是0<a <2且a ≠1.纠错心得 利用数量积的符号判断两向量夹角的范围时,不要忽视两向量共线的情况.1.(2017·江苏天星湖中学月考)设向量a ,b 满足|a +b |=10,|a -b |=6,则a ·b =________. 答案 1解析 由|a +b |=10得a 2+b 2+2a ·b =10,① 由|a -b |=6得a 2+b 2-2a ·b =6,② ①-②得4a ·b =4,∴a ·b =1.2.已知向量a =(2,1),b =(1,3),则向量2a -b 与a 的夹角为________. 答案 45°解析 由题意可得2a -b =2(2,1)-(1,3)=(3,-1), 则|2a -b |=32+(-1)2=10, |a |=22+12=5,且(2a -b )·a =(3,-1)·(2,1)=6-1=5, 设所求向量的夹角为θ,由题意可得cos θ=(2a -b )·a |2a -b ||a |=510×5=22,则向量2a -b 与a 的夹角为45°.3.已知向量a =(m,2),b =(2,-1),且a ⊥b ,则|2a -b |a ·(a +b )=________.答案 1解析 ∵a ⊥b ,∴2m -2=0,∴m =1,则2a -b =(0,5),a +b =(3,1),∴a ·(a +b )=1×3+2×1=5,|2a -b |=5,∴|2a -b |a ·(a +b )=55=1.4.在△ABC 中,AB =3,AC =2,BC =10,则AB →·AC →=________. 答案 32解析 在△ABC 中,cos ∠BAC =AB 2+AC 2-BC 22AB ·AC =9+4-102×3×2=14,∴AB →·AC →=|AB →||AC →|cos ∠BAC =3×2×14=32.5.在△ABC 中,|AB →+AC →|=|AB →-AC →|,AB =2,AC =1,E ,F 为BC 的三等分点,则AE →·AF →=____. 答案109解析 由|AB →+AC →|=|AB →-AC →|,化简得AB →·AC →=0,又因为AB 和AC 为三角形的两条边,它们的长不可能为0,所以AB 与AC 垂直,所以△ABC 为直角三角形.以A 为原点,以AC 所在直线为x 轴,以AB 所在直线为y 轴建立平面直角坐标系,如图所示,则A (0,0),B (0,2),C (1,0).不妨令E 为BC 的靠近C 的三等分点,则E ⎝ ⎛⎭⎪⎫23,23,F ⎝ ⎛⎭⎪⎫13,43, 所以AE →=⎝ ⎛⎭⎪⎫23,23,AF →=⎝ ⎛⎭⎪⎫13,43,所以AE →·AF →=23×13+23×43=109.6.若O 为△ABC 所在平面内任一点,且满足(OB →-OC →)·(OB →+OC →-2OA →)=0,则△ABC 的形状为________三角形.答案 等腰解析 因为(OB →-OC →)·(OB →+OC →-2OA →)=0,即CB →·(AB →+AC →)=0,因为AB →-AC →=CB →,所以(AB →-AC →)·(AB →+AC →)=0,即|AB →|=|AC →|,所以△ABC 是等腰三角形.7.(2017·全国Ⅰ)已知向量a =(-1,2),b =(m,1).若向量a +b 与a 垂直,则m =________. 答案 7解析 ∵a =(-1,2),b =(m,1),∴a +b =(-1+m,2+1)=(m -1,3).又a +b 与a 垂直,∴(a +b )·a =0,即(m -1)×(-1)+3×2=0,解得m =7.8.(2017·江苏泰州中学期中)向量a =(cos 10°,sin 10°),b =(cos 70°,sin 70°),则|a -2b |=________.答案 3解析 a ·b =cos 70°cos 10°+sin 70°sin 10°=cos 60°=12,|a |=|b |=1,所以|a -2b |=a 2+4b 2-4a ·b =1+4-2= 3.9.已知平面内三个不共线向量a ,b ,c 两两夹角相等,且|a |=|b |=1,|c |=3,则|a +b +c |=________.答案 2解析 因为平面内三个不共线向量a ,b ,c 两两夹角相等,所以由题意可知,a ,b ,c 的夹角为120°,又|a |=|b |=1,|c |=3,所以a ·b =-12,a ·c =b ·c =-32,|a +b +c |= 1+1+9+2×⎝ ⎛⎭⎪⎫-12+2×⎝ ⎛⎭⎪⎫-32+2×⎝ ⎛⎭⎪⎫-32=2. 10.已知a =(λ,2λ),b =(3λ,2),如果a 与b 的夹角为锐角,则λ的取值范围是______________.答案 ⎝ ⎛⎭⎪⎫-∞,-43∪⎝ ⎛⎭⎪⎫0,13∪⎝ ⎛⎭⎪⎫13,+∞ 解析 a 与b 的夹角为锐角,则a ·b >0且a 与b 不共线,则⎩⎪⎨⎪⎧ 3λ2+4λ>0,2λ-6λ2≠0,解得λ<-43或0<λ<13或λ>13,所以λ的取值范围是⎝ ⎛⎭⎪⎫-∞,-43∪⎝ ⎛⎭⎪⎫0,13∪⎝ ⎛⎭⎪⎫13,+∞. 11.已知|a |=4,|b |=3,(2a -3b )·(2a +b )=61.(1)求a 与b 的夹角θ;(2)求|a +b |;(3)若AB →=a ,BC →=b ,求△ABC 的面积.解 (1)因为(2a -3b )·(2a +b )=61,所以4|a |2-4a ·b -3|b |2=61.又|a |=4,|b |=3,所以64-4a ·b -27=61,所以a ·b =-6,所以cos θ=a ·b |a||b |=-64×3=-12. 又0≤θ≤π,所以θ=2π3. (2)|a +b |2=(a +b )2=|a |2+2a ·b +|b |2=42+2×(-6)+32=13,所以|a +b |=13.(3)因为AB →与BC →的夹角θ=2π3, 所以∠ABC =π-2π3=π3. 又|AB →|=|a |=4,|BC →|=|b |=3,所以S △ABC =12|AB →||BC →|·sin ∠ABC =12×4×3×32=3 3. 12.(2017·江苏)已知向量a =(cos x ,sin x ),b =(3,-3),x ∈[0,π].(1)若a ∥b ,求x 的值;(2)记f (x )=a ·b ,求f (x )的最大值和最小值以及对应的x 的值.解 (1)因为a =(cos x ,sin x ),b =(3,-3),a ∥b ,所以-3cos x =3sin x .若cos x =0,则sin x =0,与sin 2x +cos 2x =1矛盾,故cos x ≠0.于是tan x =-33.又x ∈[0,π],所以x =5π6. (2)f (x )=a ·b =(cos x ,sin x )·(3,-3)=3cos x -3sin x=23cos ⎝⎛⎭⎪⎫x +π6. 因为x ∈[0,π],所以x +π6∈⎣⎢⎡⎦⎥⎤π6,7π6, 从而-1≤cos ⎝⎛⎭⎪⎫x +π6≤32, 于是,当x +π6=π6,即x =0时,f (x )取得最大值3; 当x +π6=π,即x =5π6时,f (x )取得最小值-2 3.13.(2016·江苏)如图,在△ABC 中,D 是BC 的中点,E ,F 是AD 上的两个三等分点,BA →·CA→=4,BF →·CF →=-1,则BE →·CE →的值是________.答案 78解析 设AB →=a ,AC →=b ,则BA →·CA →=(-a )·(-b )=a ·b =4.又∵D 为BC 中点,E ,F 为AD 的两个三等分点,则AD →=12(AB →+AC →)=12a +12b , AF →=23AD →=13a +13b . AE →=13AD →=16a +16b , BF →=BA →+AF →=-a +13a +13b =-23a +13b , CF →=CA →+AF →=-b +13a +13b =13a -23b ,则BF →·CF →=⎝ ⎛⎭⎪⎫-23a +13b ⎝ ⎛⎭⎪⎫13a -23b = -29a 2-29b 2+59a ·b =-29(a 2+b 2)+59×4=-1. 可得a 2+b 2=292. 又BE →=BA →+AE →=-a +16a +16b =-56a +16b . CE →=CA →+AE →=-b +16a +16b =16a -56b , 则BE →·CE →=⎝ ⎛⎭⎪⎫-56a +16b ⎝ ⎛⎭⎪⎫16a -56b =-536(a 2+b 2)+2636a ·b =-536×292+2636×4=78. 14.在等腰直角△ABC 中,∠ABC =90°,AB =BC =2,M ,N 为AC 边上的两个动点(M ,N 不与A ,C 重合),且满足|MN →|=2,则BM →·BN →的取值范围为________. 答案 ⎣⎢⎡⎭⎪⎫32,2 解析 不妨设点M 靠近点A ,点N 靠近点C ,以等腰直角三角形ABC 的直角边所在直线为坐标轴建立平面直角坐标系,如图所示,则B (0,0),A (0,2),C (2,0),线段AC 的方程为x +y -2=0(0≤x ≤2).设M (a,2-a ),N (a +1,1-a )(由题意可知0<a <1),∴BM →=(a,2-a ),BN →=(a +1,1-a ),∴BM →·BN →=a (a +1)+(2-a )(1-a )=2a 2-2a +2=2⎝ ⎛⎭⎪⎫a -122+32, ∵0<a <1,∴由二次函数的知识可得BM →·BN →∈⎣⎢⎡⎭⎪⎫32,2.15.设a ,b 为单位向量,且a ⊥b ,若向量c 满足|c -(a +b )|=|a -b |,则|c |的最大值是________.答案 2 2解析 由题意结合a ⊥b ,可设a =(1,0),b =(0,1),c =(x ,y ),则由|c -(a +b )|=|a -b |,得|(x ,y )-(1,1)|=|(1,-1)|,由此可得(x -1)2+(y -1)2=2,即c 对应的点的轨迹在以(1,1)为圆心的圆上,如图所示,∵圆过原点,∴|c |的最大值为圆的直径2 2.16.已知在△ABC 所在平面内有两点P ,Q ,满足PA →+PC →=0,QA →+QB →+QC →=BC →,若|AB →|=4,|AC →|=2,S △APQ =23,则AB →·AC →的值为________. 答案 ±4 3解析 由PA →+PC →=0知,P 是AC 的中点,由QA →+QB →+QC →=BC →,可得QA →+QB →=BC →-QC →,即QA →+QB →=BQ →,即QA →=2BQ →,∴Q 是AB 边靠近B 的三等分点,∴S △APQ =23×12×S △ABC =13S △ABC , ∴S △ABC =3S △APQ =3×23=2. ∵S △ABC =12|AB →||AC →|sin A =12×4×2×sin A =2, ∴sin A =12,∴cos A =±32, ∴AB →·AC →=|AB →||AC →|·cos A =±4 3.。
平面向量的数量积及运算律

平面向量的数量积及运算律【基础知识精讲】1.平面向量的数量积的定义及几何意义(1)两平面向量和的夹角:,是两非零向量,过点O作=、=,则∠AOB=θ(0°≤θ≤180°)就称为向量和的夹角,很显然,当且仅当两非零向量、同方向时θ=0°;当且仅,反方向时,θ=180°,当θ=90°,称与垂直,记作⊥.(2)两平面向是和的数量积:、是两非零向量,它们的夹角为θ,则数量||·||cosθ叫做向量与的数量积(或内积),记作·,即·=||·||·cosθ.因此当⊥时,θ=90°,cosθ=0,这时·=0特别规定,零向量与任一向量的数量积均为0.综上所述,·=0是⊥或,中至少一个为的充要条件两向量与的数量积是一个实数,不是一个向量,其值可以为正(当≠,≠,0°≤θ<90°时,也可以为负(当≠,≠,90°<θ≤180°时,还可以为0(当=或=或θ=90°时).(3)一个向量在另一向量方向上的投影:设θ是向量与的夹角,则||cosθ,称为向量在的方向上的投影:而||cosθ,称为向量在的方向上的投影.一个向量在另一个向量方向上的投影也是一个数,不是向量,当0°≤θ<90°时,它为正值:当θ=90°时,它为0;当90°<θ≤180°时,它为负值.特别地,当θ=0°,它就等于||;而当θ=180°时,它等于-||.我们可以将向量与的数量积看成是向量的模||与||在的方向上投影||cosθ的乘积.2.向量数量积的性质:设、是两非零向量,是单位向量,θ是与的夹角,于是我们有下列数量积的性质:(1) ·=·=||cosθ(2) ⊥·=0(3) 、同向·=||·||; ,反向·=-||||;特别地·=2=||2或||=.(4)cosθ= (θ为,的夹角)(5)|·|≤||·||3.平面向量的数量积的运算律(1)交换律:·=·(2)数乘向量与数量积的结合律:λ(·)=(λ)·=·(λ);(λ∈R)(3)分配律: (+)· =·+·【重点难点解析】两向量的数量积是两向量之间的一种乘法运算,它与两数之间的乘法有本质的区别:(1)两向量的数量积是个数量,而不是向量,其值为两向量的模与两向量夹角的余弦的乘弦的乘积.(2)当≠时,不能由·=0,推出=,因可能不为,但可能与垂直.(3)非零实数a,b,c满足消去律,即ab=bc a=c,但对向量积则不成立,即·=·=).(4)对实数的积应满足结合律,即a(bc)=(ab)c,但对向量的积则不满足结合律,即·(·)≠(·)·,因·(·)表示一个与共线的向量,而(·)·表示一个与共线的向量,而两向量不一定共线.例1已知、、是三个非零向量,则下列命题中真命题的个数(1)|·|=||·||∥(2) ,反向·=-||·|| (3)⊥|+|=|-| (4)||=|||·|=|·| A.1 B.2 C.3 D.4分析:需对以上四个命题逐一判断,依据有两条,一仍是向量数量积的定义;二是向量加法与减法的平行四边形法则.解:(1)∵·=||·||cosθ∴由|·|=||·||及、为非零向量可得|cosθ|=1∴θ=0或π,∴∥且以上各步均可逆,故命题(1)是真命题.(2)若,反向,则、的夹有为π,∴·=||·||cosπ=-||·||且以上各步可逆,故命题(2)是真命题.(3)当⊥时,将向量,的起点确定在同一点,则以向量,为邻边作平行四边形,则该平行四边形必为矩形,于是它的两对角线长相等,即有|+|=|-|.反过来,若|+|=|-|,则以,为邻边的四边形为矩形,所以有⊥,因此命题(3)是真命题.(4)当||=||但与的夹角和与的夹角不等时,就有|·|≠|·|,反过来由|·||=|·|也推不出||=||.故命题(4)是假命题.综上所述,在四个命题中,前3个是真命题,而第4个是假命题,应选择(C).说明:(1)两向量同向时,夹角为0(或0°);而反向时,夹角为π(或180°);两向量垂直时,夹角为90°,因此当两向量共线时,夹角为0或π,反过来若两向量的夹角为0或π,则两向量共线.(2)对于命题(4)我们可以改进为:||=||是|·|=|·|的既不充分也不必要条件.例2已知向量+3垂直于向量7-5,向量-4垂直于向量7-2,求向量与的夹角.分析:要求与的夹角,首先要求出与的夹角的余弦值,即要求出||及||、·,而本题中很难求出||、||及·,但由公式cosθ=可知,若能把·,||及||中的两个用另一个表示出来,即可求出余弦值,从而可求得与的夹角θ.解:设与的夹角为θ.∵+3垂直于向量7-5,-4垂直于7-2,解之得 2=2·2=2·∴2=2∴||=||∴cosθ===∴θ=因此,a与b的夹角为.例3已知++=,||=3,||=1,||=4,试计算·+·+·.分析:利用||2=2,||2= 2,||2=2.解:∵++=∴(++)2=0从而||2+||2+||2+2·+2·+2·=0又||=3,||=1,||=4∴·+·+·=-(||2+||2+||2) =-(32+12+42) =-13例4已知:向量=-2-4,其中、、是两两垂直的单位向量,求与同向的单位向量.分析:与同向的单位向量为:·解:∵、、是两两垂直的单位向量∴2=2=2=1, ·=·=·=0∴2=(-2-4)(-2-4)=2+42+162-4· -8·+16·=21从而||=∴与同向的单位向量是·= (-2-4)=--例5求证:直径上的圆周角为直角.已知:如图,AC为⊙O的直径,∠ABC是直径AC上的圆周角.求证:∠ABC=90°分析:欲证∠ABC=90°,须证⊥,因此可用平面向量的数量积证·=0证明:设=,=,有=∵=+, =-且||=||∴·=(+)( -)=||2-||2=0∴⊥∴∠ABC=90°【难题巧解点拔】例1如图,设四边形P1P2P3P4是圆O的内接正方形,P是圆O上的任意点.求证:||2+||2+||+||2为定值.分析:由于要证:||2+||2+||+||2为定值,所以需将(i=1,2,3,4)代换成已知向量或长为定值的向量的和(或差),才能使问题证,而这里的半径、、、、等可供我们选择.证明:由于=+=- (i=1,2,3,4).∴有||2=(-)2=()2-2(·)+()2设⊙O的半径为r,则||2=2r2-2(·)∴||2+||2+||+||2=8r2-2(+++)·=8r2-2··=8r2(定值).例2设AC是□ABCD的长对角线,从C引AB、AD的垂线CE,CF,垂足分别为E,F,如图,试用向量方法求证:AB·AE+AD·AF=AC2分析:由向量的数量积的定义可知:两向量,的数量积·=||·||·cosθ(其中θ是,的夹角),它可以看成||与||在的方向上的投影||·cosθ之积,因此要证明的等式可转化成:·+·=,而对该等式我们采用向量方法不难得证:证明:在Rt△AEC中||=||cos∠BAC在Rt△AFC中||=||cos∠DAC∴||·||=||·||·cos∠BAC=·||·||=||·||cos∠DAC=·∴||·||+||·||=·+·=(+)·又∵在□ABCD中,+=∴原等式左边=(+)·=·=||2=右边例3在△ABC中,AD是BC边上的中线,采用向量法求证:|AD|2= (|AB|2+|AC|2-|BC|2)分析:利用|a|2=a·a及=+,=+,通过计算证明证明:依题意及三角形法则,可得:=+=-=+=+则||2=(-)(-)=||2+||2-·||2=(+)(+)=||2+||2+·所以||2+||2=2||2+||2移项得:||2= (||2+||2-||2)例4若(+)⊥(2-),( -2)⊥(2+),试求,的夹角的余弦值.分析:欲求cosθ的值,根据cosθ=,只须计算即可解:由(+)⊥(2-),( -2)⊥(2+)①×3+②得:2=2∴||2=||2③由①得:·=2-22=||2-2×||2=-||2④由③、④可得:cosθ= ==-∴,的夹角的余弦值为-.【典型热点考题】例1设、、是任意的非零平面向量,且它们相互不共线,下列命题①(·)·-(·)·)=;②||-||<|-|;③(·)·-(·)·不与垂直;④(3+2)·(3-2)=9||2-4||2.其中正确的有( )A.①②B.②③C.③④D.②④解:选D.②正确,因、不共线,在||-||≤|-|中不能取等号;④正确是明显的,①错误,因向量的数量积不满足结合律;③错误,因[(·)·-(·)·]·=(·)·(·)-(·)·(·)=0,则(·)·-(·)·与垂直.例2已知+=2-8,-=-8+16,其中,是x轴、y轴方向的单位向量,那么·= .=-3+4, =5-12∴·=(-3+4j)·(5-12)=-152+56·-482∵⊥,||=||=1,∴·=0∴·=-15||2-48||2=-63解法2:· =[(+)2-(-)2]=[4(-4)2-64(-2)2]=2-8·+16j2-16(2-4·+42) =-152+56·-482=-63解法3:在解法1中求得=-3+4,即向量的坐标是(-3,4),同理=(5,-12).∴·=-3×5+4×(-12)=63例3设、是平面直角坐标系中x轴、y轴方向上的单位向量,且=(m+1) -3,=+(m-1) ,如果(+)⊥(-),则m= .解法1:∵(+)⊥(-)∴(+)·(-)=0,即2-2=0∴[(m+1) -3]2-[+(m-1) ]2=0∴[(m+1) -3]||2-[6(m+1)+2(m-1)]·+[9-(m-1)2]·2=0∵||=||=1, ·=0,∴(m+1)2-(m-1)2+8=0,则m=-2.解法2:向量的坐标是(m+1,-3),的坐标是(1,m-1).由(+)·(-)=0,得||2=||2.解得m=-2评析:向量的运算性质与实数相近,但又有许多差异.尤其是向量的数量积的运算与实数的乘法运算,两者似是而非,极易混淆,是近年来平面向量在高考中考查的重点,应予以重视.例4在△ABC中,若=, =, =,且·=·=·,则△ABC的形状是( )A.等腰三角形B.直角三角形C.等边三角形 D.A、B、C均不正确解:因为++=++=则有+=-,( +)2=2①同理:2+2+2·=2②①-②,有2-2+2(·-·)=2-2由于·=·所以2=2即是||=||同理||=||所以||=||=||△ABC为正三角形.∴应选C.。
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数乘的结合律: (a)b (ab) a(b)
设 a 与b的夹角为 . (1)当 0 时,等式显然成立 .
(2)当 0 时,a 与b,a 与b的夹角都为 .
(a)b | a || b | cos | a || b | cos (a b)
a(b) | a || b | cos | a || b | cos (a b)
O
A1 c B1
C
| a b | cos | a | cos1 | b | cos2 | c || a b | cos | c || a | cos1 | c || b | cos2
c (a b) c a c b (a b) c a c b c .
思考:下列两个运算律成立吗?
(1)(a b) c a (b c);
(2)a c b c a b.(消去律)
(1)a b R, b c R, c与a的方向不定, 故不成立;
(2)c 0时不成立.
谢谢
谢谢观看! 2020
平面向量数量积 的运算律
向量数量积满足那些运算律?如何证明?
数量积的运算律:
已知向量 a 、b 、c 和实数 ,则
⑴交换律: a b b a ⑵对数乘的结合律:( a) b (a b) a (b)
⑶分配律: (a b) c a c bc
交换律:
(1)a b a b cos a,b b a cos a,b
(a)b (a b) a (b) .
数乘的结合律: (a)b (ab) a(b)
(3)当 0 时,a 与b,a 与b的夹角都为180 .
(a)b | a || b | cos(180 ) | || a || b | cos
| a || b | cos (a b)
a(b) | a || b | cos(180 ) | || a || b | cos
| a || b | cos (a b)
(a)b (a b) a (b) .
分配律:(a b)c ac bc
如图,任取一点 O ,作 OA a ,AB b ,OC c .
a b ( 即OB ) 在 c 方向上的 A
ห้องสมุดไป่ตู้
投影等于a 、b 在 c 方向上
2
b
B
的投影的和,即
a
1
.