优化方案高中数学第二章平面向量6平面向量数量积的坐标表示新人教A版必修4.docx

优化方案高中数学第二章平面向量6平面向量数量积的坐标表示新人教A版必修4.docx

《优化方案高中数学第二章平面向量6平面向量数量积的坐标表示新人教A版必修4.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《优化方案高中数学第二章平面向量6平面向量数量积的坐标表示新人教A版必修4.docx（19页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

优化方案高中数学第二章平面向量6平面向量数量积的坐标表示新人教A版必修4

§6　平面向量数量积的坐标表示

　　）

1．问题导航

（1）向量数量积的坐标公式适用于任何两个向量吗？

（2）向量有几种表示方法？

由于表示方法的不同，计算数量积的方法有什么不同？

（3）由向量夹角余弦值的计算公式可知，两个向量的数量积和两个向量夹角的余弦值有什么关系？

2．例题导读

P96例1.通过本例学习，学会利用平面向量数量积的坐标表示计算两向量夹角的余弦值．

试一试：

教材P99练习T1你会吗？

P98例2，P99例3.通过此二例学习，体会向量在解析几何中的应用，学会利用平面向量的数量积求曲线的方程．

试一试：

教材P100习题2－6B组T6你会吗？

P99例4.通过本例学习，学会利用向量的夹角公式求两条直线的夹角．

试一试：

教材P100习题2－6A组T6你会吗？

1．向量数量积的坐标表示

向量a＝（x1，y1），b＝（x2，y2），则a·b＝x1x2＋y1y2，即两个向量的数量积等于相应坐标乘积的和．简记为“对应相乘计算和”．

2．两个向量垂直的坐标表示

向量a＝（x1，y1），b＝（x2，y2），则a⊥b⇔a·b＝0⇔x1x2＋y1y2＝0.

3．度量公式

长度公式

向量a＝（x，y），则|a|＝或|a|2＝x2＋y2

距离公式

P1＝（x1，y1），P2＝（x2，y2），则||＝

夹角公式

非零向量a与b的夹角为θ，a＝（x1，y1），b＝（x2，y2），则有cosθ＝＝

4.直线l的方向向量

给定斜率为k的直线l，则向量m＝（1，k）与直线l共线，把与直线l共线的非零向量m称为直线l的方向向量．

1．判断正误．（正确的打“√”，错误的打“×”）

（1）直线x＋2y－1＝0的方向向量为（1，2）．（　　）

（2）若a＝（x1，y1），b＝（x2，y2），则向量a，b的夹角θ满足cosθ＝.（　　）

（3）若A（1，0），B（0，－1），则||＝.（　　）

解析：

（1）错误．直线x＋2y－1＝0的方向向量为（1，－）．

（2）错误．当a≠0且b≠0时，向量a，b的夹角θ满足cosθ＝，即向量夹角公式的适用范围是a≠0且b≠0.

（3）正确．由两点间的距离公式，得

||＝＝.

答案：

（1）×　

（2）×　（3）√

2．已知向量a＝（－4，7），向量b＝（5，2），则a·b的值是（　　）

A．34B．27

C．－43D．－6

解析：

选D.因为a＝（－4，7），b＝（5，2），所以a·b＝（－4，7）·（5，2）＝－4×5＋7×2＝－20＋14＝－6.

3．已知向量a＝（1，），b＝（3，m）.若向量a，b的夹角为，则实数m＝（　　）

A．2B．

C．0D．－

解析：

选B.因为a·b＝（1，）·（3，m）＝3＋m，

又a·b＝××cos，

所以3＋m＝××cos，所以m＝.

1．对向量数量积的坐标运算与度量公式的两点说明

（1）向量的坐标运算实现了向量运算的代数化，其将数与形紧密联系在一起，使向量的运算方式得到拓展．

（2）向量的模的坐标运算的实质

向量的模即为向量的长度，其大小应为平面直角坐标系中两点间的距离，如a＝（x，y），则在平面直角坐标系中，一定存在点P（x，y），使得＝a＝（x，y），故||＝|a|＝，即|a|为点P到原点的距离；同样若A（x1，y1），B（x2，y2），则＝（x2－x1，y2－y1），故||＝，即平面直角坐标系中任意两点间的距离公式．由此可知向量的模的运算实质即为平面直角坐标系中两点间的距离的运算．

2．在不同表示形式下求向量夹角的策略

（1）当a，b是非坐标形式时，求a与b的夹角，需求出a·b，|a|和|b|或直接得出它们之间的关系．

（2）当a，b是坐标形式时，则可直接利用公式cosθ＝（其中a＝（x1，y1），b＝（x2，y2））求解．

3．如何用向量所成的角来判断直线所成的角

可以借助向量所成的角来判断直线所成的角，但必须注意两者的范围不同，向量夹角的范围是[0，π]，而直线夹角的范围是.

设m，n分别为直线l1，l2（l1与l2不重合）的方向向量，θ为m与n的夹角，α为l1与l2所成的角，则

（1）当θ＝0°或180°时，l1∥l2，此时α＝0°，

（2）当0°<θ≤90°时，l1与l2所成的角α＝θ，

（3）当90°<θ<180°时，l1与l2所成的角α＝180°－θ.

　　　　　　　平面向量数量积的坐标运算

已知向量a＝（1，3），b＝（2，5），c＝（2，1）．求：

（1）a·b；　

（2）（a＋b）·（2a－b）；　（3）（a·b）c，

a（b·c）；（4）（a＋b）2，（a＋b）·（a－b）．

（链接教材P98例1）

[解]　

（1）a·b＝（1，3）·（2，5）＝1×2＋3×5＝17.

（2）法一：

因为a＋b＝（1，3）＋（2，5）＝（3，8），

2a－b＝2（1，3）－（2，5）＝（2，6）－（2，5）＝（0，1），

所以（a＋b）·（2a－b）＝（3，8）·（0，1）＝3×0＋8×1＝8.

法二：

因为a＝（1，3），b＝（2，5），

所以a2＝12＋32＝10，b2＝22＋52＝29，a·b＝1×2＋3×5＝17.

所以（a＋b）·（2a－b）＝2a2＋a·b－b2

＝2×10＋17－29＝8.

（3）（a·b）c＝17c＝17（2，1）＝（34，17），

a（b·c）＝a（（2，5）·（2，1））＝9（1，3）＝（9，27）．

（4）因为a＋b＝（3，8），

所以（a＋b）2＝|a＋b|2＝32＋82＝73.

因为a＝（1，3），b＝（2，5）

所以a2＝12＋32＝10，b2＝22＋52＝29，

所以（a＋b）·（a－b）＝a2－b2＝10－29＝－19.

方法归纳

（1）关于数量积的坐标运算，解题时常有两条途径：

一是先将各向量用坐标表示，直接进行数量积运算．二是先利用数量积的运算律将原式展开，再依据已知计算．

（2）在正确理解公式a·b＝x1x2＋y1y2的基础上，熟练运用a2＝|a|2，（a＋b）·（a－b）＝|a|2－|b|2，（a＋b）2＝|a|2＋2a·b＋|b|2及其变形，并在练习中总结经验，提高运算能力．

1．

（1）已知向量a＝（1，2），b＝（2，x），且a·b＝－1，则x的值等于（　　）

A.　　　　　　　B．－

C.D．－

（2）设向量a＝（1，－2），向量b＝（－3，4），向量c＝（3，2），则向量·c＝（　　）

A．（－15，12）B．0

C．－3D．－11

（3）已知向量a＝（－1，2），b＝（3，2）．

①求a·（a－b）；

②求（2a＋b）·（a－b）．

解：

（1）选D.因为a＝（1，2），b＝（2，x），

所以a·b＝（1，2）·（2，x）＝1×2＋2x＝－1，解得x＝－，故选D.

（2）选C.依题意，a＋2b＝（1，－2）＋2（－3，4）＝（－5，6），

所以（a＋2b）·c＝（－5，6）·（3，2）＝－5×3＋6×2＝－3.故选C.

（3）①法一：

因为a＝（－1，2），b＝（3，2），

所以a－b＝（－4，0）．

所以a·（a－b）＝（－1，2）·（－4，0）＝（－1）×（－4）＋2×0＝4.

法二：

a·（a－b）＝a2－a·b

＝（－1）2＋22－[（－1）×3＋2×2]＝4.

②因为2a＋b＝2（－1，2）＋（3，2）＝（－2，4）＋（3，2）＝（1，6），

a－b＝（－1，2）－（3，2）＝（－4，0），

所以（2a＋b）·（a－b）＝（1，6）·（－4，0）＝－4.

　　　　　　　向量的夹角与垂直问题

（1）已知向量a＝（2，1），b＝（1，k），且a与b的夹角为锐角，则实数k的取值范围是（　　）

A．（－2，＋∞）

B.∪

C．（－∞，－2）

D．（－2，2）

（2）已知a＝（3，4），b＝（2，－1），且（a＋mb）⊥（a－b），则实数m为何值？

（链接教材P99例4）

[解]　

（1）选B.当a，b共线时，2k－1＝0，k＝，此时a，b方向相同，夹角为0°，所以要使a与b的夹角为锐角，则有a·b>0且a，b不同向．由a·b＝2＋k>0得k>－2，且k≠，即实数k的取值范围是（－2，）∪（，＋∞）．

（2）a＋mb＝（3＋2m，4－m），a－b＝（1，5），

因为（a＋mb）⊥（a－b），

所以（a＋mb）·（a－b）＝0，

即（3＋2m）×1＋（4－m）×5＝0，

所以m＝.

　本例

（1）条件换成“a与b的夹角为钝角”，求实数k的取值范围．

解：

若a与b的夹角为钝角，则a·b<0且a，b不反向，由a·b＝2＋k<0得k<－2，经检验对k<－2的所有值均满足a与b的夹角为钝角，即实数k的取值范围是（－∞，－2）．　

方法归纳

利用数量积求两向量夹角的步骤

2．

（1）已知a＝（1，1），b＝（0，－2），若ka－b与a＋b的夹角为120°，则k的值为（　　）

A．－1＋B．－1－

C．－1±D．1±

（2）在△ABC中，＝（2，3），＝（1，k），且△ABC的一个内角为直角，求k的值．

解：

（1）选C.因为a＝（1，1），b＝（0，－2），

所以ka－b＝（k，k＋2），

a＋b＝（1，－1），所以|ka－b|＝，

|a＋b|＝＝.

所以（ka－b）·（a＋b）＝（k，k＋2）·（1，－1）

＝k－k－2＝－2，

又ka－b与a＋b的夹角为120°，

所以cos120°＝

＝

＝－.

整理得k2＋2k－2＝0，

解得k＝－1±.

（2）当A＝90°时，·＝0，

所以2×1＋3×k＝0，

所以k＝－；

当B＝90°时，·＝0，

＝－＝（1－2，k－3）

＝（－1，k－3），

所以2×（－1）＋3×（k－3）＝0，所以k＝；

当C＝90°时，·＝0，

所以－1＋k（k－3）＝0，

所以k＝.

　　　　　　　平面向量数量积的综合运用

已知△ABC的顶点分别为A（2，1），B（3，2），C（－3，－1），BC边上的高为AD，求：

（1）D点的坐标以及||；

（2）判断△ABC的形状，并说明理由．

（链接教材P100习题2－6A组T2、T5）

[解]　

（1）设D点的坐标为（x，y），

由题意可知BC⊥AD，

又B，C，D三点共线，故∥，

因为＝（x－2，y－1），

＝（－6，－3），＝（x－3，y－2），

所以

解得

所以＝，

所以||＝＝，

所以D点的坐标为，||＝.

（2）因为＝（－5，－2），＝（1，1），

所以·＝（－5）×1＋（－2）×1＝－7，

||＝＝，

||＝.

所以cosA＝＝<0，

所以A为钝角．

所以△ABC为钝角三角形．

方法归纳

利用平面向量解决平面几何问题时，就是将几何中的平行、垂直、线段的长、夹角等问题转化为求向量的共线，数量积模长及向量的夹角等运算，即将“形”的求解与证明转化为“数”运算问题．解决此类问题的关键就是建立恰当的直角坐标系，使几何中的元素用向量表示．

3．

（1）已知a＝（1，－1），b＝（λ，1），若a与b的夹角θ为钝角，则λ的取值范围是________．

（2）如图所示，四边形ABCD是正方形，P是对角线DB上的一点，四边形PFCE是矩形，试用向量的方法证明PA⊥EF.

解：

（1）因为a＝（1，－1），b＝（λ，1），

所以|a|＝，|b|＝，a·b＝λ－1.

因为a，b的夹角θ为钝角，所以

即所以λ<1且λ≠－1，

所以λ的取值范围是（－∞，－1）∪（－1，1）．故填（－∞，－1）∪（－1，1）．