平面内三点共线的向量表示
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§2. 平面内三点共线的向量表示
描述平面内三点共线方法有很多种,其中的向量表示,有以下两种,我们可以把它们作为结论来应用.
【结论1】点A 、B 、C 共线的充要条件是存在实数t ,使得t =.
【结论2】设O 是平面内任意一点,点A 、B 、C 共线的充要条件是存在实数λ、μ,使得 μλ+=,其中1=+μλ.
【结论1】很容易理解,下面我们利用【结论1】来证明【结论2】. 先证明充分性:
如果存在实数λ、μ,使得OB OA OC
μλ+=,其中1=+μλ,则
)1(λλ-+=,将这个式子变形后可得)(-=-λ,即
AB BC λ=,所以A 、B 、C 三点共线。
再来证明必要性:
如果A 、B 、C 三点共线,则存在实数t ,使得t =.
在平面内任取一点O ,则有)(OA OB t OA OC -=-,即OB t OA t OC +-=)1(
令t -=1λ,t =μ,则存在实数λ、μ,使得μλ+=,其中1=+μλ.
故结论2成立。
【说明】(1)由于结论1和结论2中A 、B 、C 三点地位平等,所以结论可以作相应的改变。(2)由结论2的证明可以理解,三点共线的这两种向量形式可以互化。
下面我们通过一些例题谈一谈三点共线的这两种向量形式的应用。
【例1】如图,已知34=,31=,用,表示OP ,则=( )
O
.A OB OA 3431+ .B OB OA 3
4
31+-
.C 3
4
31-- .D 3431-
【解析】本题根据结论2,不用计算,就能确定答案是.B
【例2】在平面直角坐标系中,O 为坐标原点,已知两点A ()1,3,B ()3,1-,若点
C 满足βα+=,且1=+βα,则点C 的轨迹方程为( )
.A 01023=-+y x .B 4)1()1(22=-+-y x .C
052=-+y x .D 052=-+y x
【解析】本题根据结论2,易知A 、B 、C 三点共线,故点C 的轨迹是直线AB ,选.D 【例3】如图,已知点G 是ABC ∆的重心,点M 是边AB 的中点。 (1)求GC GB GA ++;
(2)若PQ 过ABC ∆的重心G ,且=,=,
m =,n =,求证:.311=+n m
【解析】(1)Θ 已知点G 是ABC ∆的重心,点M 是边AB 的中点,
.02=+=++∴GC GM GC GB GA
(2)本题既可以利用结论1解决,也可以利用结论2解决。
解法1:)(3
1
)(3132b a CB CA CM CG +=+==,
设PQ PG λ=,则CQ CP CP CQ CP PG CP CG λλλ+-=-+=+=)1()(
=b n a m λλ+-)1(,∴b n a m λλ+-)1()(3
1
+=
又Θ、不共线,⎪⎩⎪⎨
⎧
=
=-∴3
131)1(n m λλ,消去λ,得.311=+n m 解法2:)(3
1
)(3132+=+==,由Q G P 、、三点共线,可设
P Q
B
A
G A Q
P M
C
B
)1(λλ-+=,n m )1(λλ-+=∴,∴n m λλ+-)1()(3
1
b a +=
又a Θ、b 不共线,⎪⎩⎪⎨⎧
=
=-∴3
131)1(m n λλ,消去λ,得.311=+n m
【例4】如图所示,A ,B ,C 是圆O 上的三点,CO 的延长线与线段BA 的延长线交于圆O 外一点D ,若n m +=,则n m +
.A )1,0( .B ),1(∞+ .C )1,(--∞ 【解析】设t =,)0,1(-∈t ,由A 、B 、D 可设)1(λλ-+=,所以t t )1(λλ-+=根据题意,=+n m t t t =-+)1(λλ).0,1(-∈ 选.D 【例5】如图所示,在OAB ∆中,OA OC 41
=,
OB OD 21
=,AD 和BC 交于点M ,设=,
b OB =,以a 、b 为基底表示OM .
【解析】
b a OB OA OB OC OM )1(4
1
)1(41)1(λλλλλλ-+=-+=-+=,
b a OB OA OD OA OM )1(2
1
)1(21)1(μμμμμμ-+=-+=-+=,
.7
174)1(21141⎪⎩⎪⎨⎧=
=⇒⎪⎩⎪⎨⎧
-=-=∴μλμλμλ 故
.7371b a OM += 【练习】
1、已知数列{}n a 为等差数列,a a 1001+=,O 为坐标原点,且点B A P 、、三点共线,则=100S ________.
A
2、如图所示,在ABC ∆中,点O 是BC 的中点,过点O 的直线 分别交直线AC AB 、于不同的两点N M 、,若则n m +=______.
3、在ABC ∆中,︒=∠60A ,A ∠的平分线AD 交BC
于D ,已知3=AB 且)(3
1
R ∈+=λλ,则
AD 的长为( )
.A 1 .B 3 .C 32
.D
3
【解析】易知3
2
=λ,确定点D 的位置,选.C
4、在ABC ∆中,边1=AC ,2=AB ,32π
=
∠A ,过A 作BC AP ⊥于P ,且= AC AB μλ+,则=λμ____________________.
49
10 5、在锐角三角形ABC 中,56
2sin =A ,75cos =C ,7=BC ,若动点P 满足
)()1(2
R AC AB AP ∈-+=
λλλ
,则点P 的轨迹与直线AB 、AC 所围成的封闭区域的面积是
______.63
63
O C
B
N
M