F 平面向量F1 平面向量的概念及其线性运算4.H1、F1[2012·上海卷] 若d =(2,1)是直线l 的一个方向向量,则l 的倾斜角的大小为________(结果用反三角函数值表示).4.arctan 12[解析] 考查直线的方向向量、斜率与倾斜角三者之间的关系,关键是求出直线的斜率.由已知可得直线的斜率k =12,k =tan α,所以直线的倾斜角α=arctan 12.20.H5、F1、H1[2012·陕西卷] 已知椭圆C 1:x24+y 2=1,椭圆C 2以C 1的长轴为短轴,且与C 1有相同的离心率.(1)求椭圆C 2的方程;(2)设O 为坐标原点,点A ,B 分别在椭圆C 1和C 2上,OB →=2OA →,求直线AB 的方程.20.解:(1)由已知可设椭圆C 2的方程为y 2a 2+x24=1(a >2),其离心率为32,故a 2-4a =32,则a =4,故椭圆C 2的方程为y 216+x24=1.(2)解法一:A ,B 两点的坐标分别记为(x A ,y A ),(x B ,y B ), 由OB →=2OA →及(1)知,O ,A ,B 三点共线且点A ,B 不在y 轴上, 因此可设直线AB 的方程为y =kx .将y =kx 代入x 24+y 2=1中,得(1+4k 2)x 2=4,所以x 2A=41+4k 2, 将y =kx 代入y 216+x 24=1中,得(4+k 2)x 2=16,所以x 2B=164+k 2, 又由OB →=2OA →得x 2B =4x 2A ,即164+k 2=161+4k 2, 解得k =±1,故直线AB 的方程为y =x 或y =-x .解法二:A ,B 两点的坐标分别记为(x A ,y A ),(x B ,y B ), 由OB →=2OA →及(1)知,O ,A ,B 三点共线且点A ,B 不在y 轴上, 因此可设直线AB 的方程为y =kx .将y =kx 代入x 24+y 2=1中,得(1+4k 2)x 2=4,所以x 2A =41+4k 2, 由OB →=2OA →得x 2B =161+4k 2,y 2B =16k 21+4k 2,将x 2B ,y 2B 代入y 216+x 24=1中,得4+k 21+4k 2=1,即4+k 2=1+4k 2,解得k =±1, 故直线AB 的方程为y =x 或y =-x .F2 平面向量基本定理及向量坐标运算13.F2、F3[2012·湖北卷] 已知向量a =(1,0),b =(1,1),则 (1)与2a +b 同向的单位向量的坐标表示为________; (2)向量b -3a 与向量a 夹角的余弦值为________.13.[答案] (1)⎝⎛⎭⎫31010,1010 (2)-255 [解析] (1)由题意,2a +b =(3,1),所以与2a +b 同向的单位向量的坐标为⎝⎛⎭⎫310,110,即⎝⎛⎭⎫31010,1010. (2)因为a =(1,0),b =(1,1),所以b -3a =(-2,1).设向量b -3a 与向量a 的夹角为θ,则cos θ=(b -3a )·a |b -3a ||a |=(-2,1)·(1,0)5×1=-255.3.F2[2012·广东卷] 若向量AB →=(1,2),BC →=(3,4),则AC →=( ) A .(4,6) B .(-4,-6) C .(-2,-2) D .(2,2)3.A [解析] 因为AC →=AB →+BC →=(1,2)+(3,4)=(4,6).所以选择A.9.F2[2012·全国卷] △ABC 中,AB 边的高为CD ,若CB →=a ,CA →=b ,a·b =0,|a |=1,|b |=2,则AD →=( )A.13a -13bB.23a -23bC.35a -35bD.45a -45b9.D [解析] 本小题主要考查平面向量的基本定理,解题的突破口为设法用a 和b 作为基底去表示向量AD →.易知a ⊥b ,|AB |=5,用等面积法求得|CD |=255,∵AD =AC 2-CD 2=455,AB =5,∴AD →=45AB →=45(a -b ),故选D.7.F2、C6[2012·陕西卷] 设向量a =(1,cos θ)与b =(-1,2cos θ)垂直,则cos2θ等于( )A.22B.12C .0D .-1 7.C [解析] 由向量垂直的充要条件可知,要使两向量垂直,则有-1+2cos 2θ=0,则cos2θ=2cos 2θ-1=0.故选C.6.F2、F3[2012·重庆卷] 设x ∈R ,向量a =(x,1),b =(1,-2),且a ⊥b ,则|a +b |=( ) A. 5 B.10 C .2 5 D .106.B [解析] 因为a ⊥b ,所以a ·b =0,即x ·1+1·(-2)=0,解得x =2,所以a +b =(3,-1),|a +b |=32+(-1)2=10,选B.F3 平面向量的数量积及应用12.F3[2012·上海卷] 在矩形ABCD 中,边AB 、AD 的长分别为2、1.若M 、N 分别是边BC 、CD 上的点,且满足|BM →||BC →|=|CN →||CD →|,则AM →·AN →的取值范围是________.12.[1,4] [解析] 令BM →=nBC →(0≤n ≤1),则DN →=(1-n )DC →,在矩形ABCD 中,AM →=AB →+nAD →,AN →=AD →+(1-n )AB →,所以AM →·AN →=(AB →+nAD →)·[AD →+(1-n )AB →]=(1-n )AB →2+nAD →2=4-3n ,而函数f (n )=4-3n 在[0,1]上是单调递减的,其值域为[1,4],所以AM →·AN →的取值范围是[1,4]. 1.F3[2012·辽宁卷] 已知向量a =(1,-1),b =(2,x ),若a ·b =1,则x =( )A .-1B .-12C.12 D .11.D [解析] 本小题主要考查向量数量积的坐标运算.解题的突破口为正确运用数量积的坐标运算公式.因为a ·b =(1,-1)·(2,x )=1×2-1·x =1⇒x =1,所以答案选D. 15.F3[2012·课标全国卷] 已知向量a ,b 夹角为45°,且|a |=1,|2a -b |=10,则|b |=________.15.[答案] 3 2[解析] 因为|2a -b |=10,平方得4a 2-4a ·b +b 2=10,得4-4×|b |×22+|b |2=10,解得|b |=3 2.12.F3[2012·江西卷] 设单位向量m =(x ,y ),b =(2,-1).若m ⊥b ,则|x +2y |=________.12.5 [解析] 设c =(1,2) ,则c ⊥b ,∴c ∥m .∵| m |=1,∴|m·c |=|c |= 5.21.H5、H8、F3[2012·重庆卷] 如图,设椭圆的中点为原点O ,长轴在x 轴上,上顶点为A ,左、右焦点分别为F 1,F 2,线段OF 1,OF 2的中点分别为B 1,B 2,且△AB 1B 2是面积为4的直角三角形.(1)求该椭圆的离心率和标准方程;(2)过B 1作直线交椭圆于P ,Q 两点,使PB 2⊥QB 2,求△PB 2Q 的面积.21.解:(1)设所求椭圆的标准方程为x 2a 2+y 2b2=1(a >b >0),右焦点为F 2(c,0).因△AB 1B 2是直角三角形且|AB 1|=|AB 2|,故∠B 1AB 2为直角,从而|OA |=|OB 2|,即b =c2.结合c 2=a 2-b 2得4b 2=a 2-b 2,故a 2=5b 2,c 2=4b 2,所以离心率e =c a =255.在Rt △AB 1B 2中,OA ⊥B 1B 2,故S △AB 1B 2=12·|B 1B 2|·|OA |=|OB 2|·|OA |=c2·b =b 2,由题设条件S △AB 1B 2=4得b 2=4,从而a 2=5b 2=20.因此所求椭圆的标准方程为:x 220+y 24=1.(2)由(1)知B 1(-2,0)、B 2(2,0).由题意,直线PQ 的倾斜角不为0,故可设直线PQ 的方程为:x =my -2.代入椭圆方程得(m 2+5)y 2-4my -16=0.(*)设P (x 1,y 1),Q (x 2,y 2),则y 1,y 2是上面方程的两根,因此y 1+y 2=4mm 2+5,y 1·y 2=-16m 2+5.又B 2P →=(x 1-2,y 1),B 2Q →=(x 2-2,y 2),所以 B 2P →·B 2Q →=(x 1-2)(x 2-2)+y 1y 2 =(my 1-4)(my 2-4)+y 1y 2=(m 2+1)y 1y 2-4m (y 1+y 2)+16 =-16(m 2+1)m 2+5-16m 2m 2+5+16=-16m 2-64m 2+5,由PB 2⊥QB 2,知B 2P →·B 2Q →=0,即16m 2-64=0,解得m =±2.当m =2时,方程(*)化为:9y 2-8y -16=0,故y 1=4+4109,y 2=4-4109,|y 1-y 2|=8910,△PB 2Q 的面积S =12|B 1B 2|·|y 1-y 2|=16910.当m =-2时,同理可得(或由对称性可得)△PB 2Q 的面积S =16910.综上所述,△PB 2Q 的面积为16910.9.F3[2012·江苏卷] 如图1-3,在矩形ABCD 中,AB =2,BC =2,点E 为BC 的中点,点F 在边CD 上,若AB →·AF →=2,则AE →·BF →的值是________.9.2 [解析] 本题考查几何图形中的向量的数量积的求解,解题突破口为合理建立平面直角坐标系,确定点F 的位置.以点A 为坐标原点,AB 所在直线为x 轴建立平面直角坐标系,则AB →=(2,0). 设AF →=(x,2),则由条件得2x =2,得x =1,从而F (1,2),AE →=(2,1),BF →=(1-2,2),于是AE →·BF →= 2. 15.F3[2012·湖南卷] 如图1-5,在平行四边形ABCD 中,AP ⊥BD ,垂足为P ,且AP=3→→图1-515.18 [解析] 本题考查平面向量的数量积和向量的表示,意在考查考生对数量积的掌握和向量相互转化能力;具体的解题思路和过程:把未知向量用已知向量来表示.AP →·AC →=AP →·(DB →+2BC →)=2AP →·BC →=2AP →·AD →=2|AP →|·|AP →|=18.[易错点] 本题易错一:找不到已知向量,无法把未知向量用已知向量表示;易错二:不会转化AD →=BC →,把向量放到同一个直角三角形中;易错三:发现不了AD →在向量AP →上的射影等于|AP →|.13.F2、F3[2012·湖北卷] 已知向量a =(1,0),b =(1,1),则 (1)与2a +b 同向的单位向量的坐标表示为________; (2)向量b -3a 与向量a 夹角的余弦值为________.13.[答案] (1)⎝⎛⎭⎫31010,1010 (2)-255 [解析] (1)由题意,2a +b =(3,1),所以与2a +b 同向的单位向量的坐标为⎝⎛⎭⎫310,110,即⎝⎛⎭⎫31010,1010. (2)因为a =(1,0),b =(1,1),所以b -3a =(-2,1).设向量b -3a 与向量a 的夹角为θ,则cos θ=(b -3a )·a |b -3a ||a |=(-2,1)·(1,0)5×1=-255.10.F3[2012·广东卷] 对任意两个非零的平面向量α和β,定义α∘β=α∘ββ∘β.若两个非零的平面向量a ,b 满足a 与b 的夹角θ∈⎝⎛⎭⎫π4,π2,且a ∘b 和b ∘a 都在集合⎩⎨⎧⎭⎬⎫⎪⎪n 2n ∈Z 中,则a ∘b =( )A.52B.32 C .1 D.1210.D [解析] 根据新定义得:a ∘b =a ·b b ·b =|a ||b |cos θ|b ||b |=|a |cos θ|b |=n 2(n ∈Z ),(1)b ∘a =b ·a a ·a =|a ||b |cos θ|a ||a |=|b |cos θ|a |=m 2(m ∈Z ),(2)以上两式相乘得:cos 2θ=n ·m4(n ,m ∈Z ).∵θ∈⎝⎛⎭⎫π4,π2,∴cos 2θ∈⎝⎛⎭⎫0,12,即 n ·m 4<12,所以0<mn <2,又因为n ,m ∈Z ,所以m =n =1,所以a ∘b =12.所以选择D. 11.F3[2012·安徽卷] 设向量a =(1,2m ),b =(m +1,1),c =(2,m ),若(a +c )⊥b ,则|a |=________.11.2 [解析] 因为a +c =(3,3m ),又b =(m +1,1),(a +c )⊥b, 所以(a +c )·b =0,即(3,3m )·(m +1,1)=6m +3=0,解得m =-12,则a =(1,-1).故|a |= 2.13.F3[2012·北京卷] 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________.13.1 1 [解析] 本题考查平面向量的数量积,平面向量的投影等基础知识.法一:投影法:设向量DE →,DA →的夹角为θ,则DE ·CB =DE →·DA →=|DE →|·|DA →|cos θ,由图可知,|DE →|cos θ=|DA →|,所以原式等于|DA →|2=1,要使DE →·DC →最大只要使向量DE →在向量DC →上的投影达到最大即可,因为DE →在向量DC →上的投影达到最大为|DC →|=1,所以(DE →·DC →)max =|DC →|2=1;法二:因为DE →=DA →+AE →且DA →⊥AE →,所以DE →·CB →=(DA →+AE →)·DA →=|DA →|2=1,DE →·DC →=(DA →+AE →)·AB →=AB →·AE →=|AB →||AE →|=|AE →|,所以要使DE →·DC →最大,只要|AE →|最大即可,明显随着E 点在AB 边上移动|AE →|max =1,故(DE →·DC →)max =1.法三:以D 为坐标原点,DC →与DA →所在直线分别为x ,y 轴 建立平面直角坐标系,如图所示,可知E (x,1),0≤x ≤1,所以DE →=(x,1),CB →=(0,1),可得DE →·CB →=x ×0+1×1=1.因为DC →=(1,0),所以DE →·DC →=x ,因为1≥x ≥0,所以(DE →·DC →)max =1.3.A2、F3[2012·福建卷] 已知向量(2,1),则a ⊥b 的充要条件是( )A .x =-12B .x =-1C .x =5D .x =03.D [解析] 因为a ⊥b ,所以a ·b =0,即(x -1)×2+2×1=0,解得x =0.8.F3[2012·天津卷] 在△ABC 中,∠A =90°,AB =1,AC =2,设点P ,Q 满足AP →=λAB →,AQ →=(1-λ)AC →,λ∈R .若BQ →·CP →=-2,则λ=( )A.13B.23C.43D .2 8.B [解析] BQ →·CP →=(AQ →-AB →)·(AP →-AC →)=[(1-λ)AC →-AB →]·(λAB →-AC →)=-(1-λ)AC →2-λAB →2=3λ-4=-2,解得λ=23.7.F3[2012·浙江卷] 设a ,b 是两个非零向量( ) A .若|a +b |=|a |-|b |,则a ⊥b B .若a ⊥b ,则|a +b |=|a |-|b |C .若|a +b |=|a |-|b |,则存在实数λ,使得b =λaD .若存在实数λ,使得b =λa ,则|a +b |=|a |-|b |7.C [解析] 本题考查对平面向量数量积理解及应用.法一:对于选项A ,若|a +b |=|a |-|b |可得a ·b =-|a ||b |,则a 与b 为方向相反的向量,A 不正确;对于选项B ,由a ⊥b ,得a ·b =0,由|a +b |=|a |-|b |得a ·b =-|a ||b |,故B 不正确;对于选项C ,若|a +b |=|a |-|b |可得a ·b =-|a ||b |,则a 与b 为方向相反的共线向量,∴b =λa ;对于选项D ,若b =λa ,当λ>0时,|a +b |=|a |+|b |,当λ<0时,可有|a +b |=|a |-|b |,故D 不正确.法二:特值验证排除,先取a =(2,0),b =(-1,0),满足|a +b |=|a |-|b |,但两向量不垂直,故A 错;再取a =(2,0),b =(1,0),满足a =λb ,但不满足|a +b |=|a |-|b |,故D 错;取a =(2,0),b =(0,-1),满足a ⊥b ,但不满足|a +b |=|a |-|b |,故B 错,所以答案为C.[点评] 由|a +b |=|a |-|b |判断a ,b 方向相反,且有|a |≥|b |是一个重要的结论,由此可以对各选项加以正确分析与应用.15.C8、F3[2012·浙江卷] 在△ABC 中,M 是线段BC 的中点,AM =3,BC =10,则AB →·AC →=________.15.-16 [解析] 本题主要考查平面几何的性质、平面向量的线性运算与数量积.法一:AB →·AC →=(AM →+MB →)·(AM →+MC →) =|AM →|2-|MB →|2=9-5×5=-16.法二:特例法:假设△ABC 是以AB 、AC 为腰的等腰三角形,如图,AM =3,BC =10,AB =AC =34,cos ∠BAC =34+34-1002×34=-817,AB →·AC →=|AB →|·|AC →|·cos∠BAC =-16.6.F2、F3[2012·重庆卷] 设x ∈R ,向量a =(x,1),b =(1,-2),且a ⊥b ,则|a +b |=( ) A. 5 B.10 C .2 5 D .106.B [解析] 因为a ⊥b ,所以a ·b =0,即x ·1+1·(-2)=0,解得x =2,所以a +b =(3,-1),|a +b |=32+(-1)2=10,选B.F4 单元综合7.F4[2012·四川卷] 设a 、b 都是非零向量.下列四个条件中,使a |a |=b|b |成立的充分条件是( )A .|a |=|b |且a ∥bB .a =-bC .a ∥bD .a =2b7.D [解析] 要使得a |a |=b|b |,在a ,b 为非零向量的前提下,必须且只需a 、b 同向即可,结合四个选项,只有D 满足这一条件. 16.C9、F4[2012·山东卷] 如图1-5,在平面直角坐标系xOy 中,一单位圆的圆心的初始位置在(0,1),此时圆上一点P 的位置在(0,0),圆在x 轴上沿正向滚动.当圆滚动到圆心位于(2,1)时,OP →的坐标为________.16.(2-sin2,1-cos2) [解析] 本题考查向量坐标运算与三角函数,考查数据处理能力与创新意识,难题.根据题意可知圆滚动了2个单位弧长,点P 旋转了2弧度.结合图象,设滚动后圆与x轴的交点为Q ,圆心为C 2,作C 2M ⊥y 轴于M, ∠PC 2Q =2,∠PC 2M =2-π2,∴点P 的横坐标为2-1×cos ⎝⎛⎭⎫2-π2=2-sin2, 点P 的纵坐标为1+1×sin ⎝⎛⎭⎫2-π2=1-cos2.2012模拟题1.[2012·湛江测试] 已知向量a =(1,3),b =(2,x ),且a ∥b ,则x =( )A .-23 B.23C .6D .-61. C [解析] 由a ∥b 则x -3×2=0,即x =6,选C.2.[2012·宁夏一中模拟] 若a ,b ,c 均为单位向量,且a·b =-12,c =x a +y b (x ,y ∈R ),则x +y 的最大值是( )A .2 B. 3 C. 2 D .12.A [解析] 因为a ,b ,c 均为单位向量,且a ·b =-12,c =x a +y b (x ,y ∈R ),由|c |=1得x 2+y 2=xy +1,所以xy ≤1,而(x +y )2=x 2+y 2+2xy =3xy +1≤4,x +y ≤2,选A.3.[2012·三明普通高中联考] 关于x 的方程a x 2+b x +c =0(其中a 、b 、c 都是非零平面向量),且a 、b 不共线,则该方程的解的情况是( )A .至多有一个解B .至少有一个解C .至多有两个解D .可能有无数个解3.C [解析] 由已知,x 是实数.关于x 的方程a x 2+b x +c =0(其中a 、b 、c 都是非零向量)可化为c =-x 2a -x b ,a ,b 不共线且为非零平面向量,由平面向量的基本定理,存在唯一实数对(m ,n )使c =m a +n b .于是⎩⎪⎨⎪⎧ -x 2=m -x =n ⇒⎩⎪⎨⎪⎧x 2=-m ,x =-n ,至多有两个解.4.[2012·青岛期末] 设i 、j 是平面直角坐标系(坐标原点为O )内分别与x 轴、y 轴正方向相同的两个单位向量,且OA →=-2i +j ,OB →=4i +3j ,则△OAB 的面积等于________.4.5 [解析] 设OA →,OB →的夹角为α,则cos α=-2×4+1×35×5=-55,∴sin α=255,S △OAB =12×5×5×255=5.5.[2012·台州质量评估] 如图G5-1,扇形AOB 的弧的中点为M ,动点C ,D 分别在OA ,OB 上,且OC =BD .若OA =1,∠→·MD →的取值范围是________.5. ⎣⎡⎦⎤38,12 [解析] 设OC =BD =x ,MC →·MD →=(OC →-OM →)·(OD →-OM →)=OC →·OD →+OM →2-OM →·(OC →+OD →).∵∠COM =∠DOM =60°,∴MC →·MD →=x (1-x )cos120°+1-x cos60°-(1-x )cos60°=x 2-x +12,x ∈[0,1].。