4-2.4.2平面向量数量积的运算律(第8课时)
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平面向量数量积的运算律教学目标:1. 理解并掌握平面向量数量积的运算律;2. 能够运用运算律进行平面向量数量积的计算;3. 培养学生的逻辑思维能力和解决问题的能力。
教学内容:1. 平面向量数量积的定义;2. 平面向量数量积的运算律;3. 运用运算律进行平面向量数量积的计算。
教学准备:1. 教学PPT;2. 教学黑板;3. 教学卡片。
教学过程:一、导入(5分钟)1. 引导学生回顾平面向量数量积的定义,巩固基础知识。
二、新课讲解(15分钟)1. 讲解平面向量数量积的运算律,包括交换律、结合律和分配律;2. 通过示例和练习,让学生理解并掌握运算律的应用。
三、课堂练习(10分钟)1. 布置练习题目,让学生独立完成;2. 选取部分学生的作业进行讲解和点评。
四、拓展与应用(10分钟)1. 引导学生运用运算律解决实际问题;2. 让学生进行小组讨论,分享解题方法和经验。
2. 鼓励学生提出问题,进行课堂互动。
教学评价:1. 课堂练习的完成情况;2. 学生对平面向量数量积运算律的理解和运用能力;3. 学生对实际问题的解决能力。
教学反思:根据学生的反馈和课堂表现,对教学方法和内容进行调整,以提高学生的学习兴趣和效果。
注重培养学生的逻辑思维能力和解决问题的能力,提高学生的数学素养。
六、案例分析:数量积运算律的应用1. 案例展示:分析实际问题,运用数量积运算律进行求解;2. 学生分组讨论:如何运用数量积运算律解决实际问题;3. 分享与讲解:各小组展示讨论成果,教师进行点评和讲解。
七、练习与巩固:1. 布置练习题:结合数量积运算律,求解平面向量的数量积;2. 学生独立完成:请在规定时间内完成练习题;3. 答案讲解:选取部分学生的作业进行讲解和点评。
八、拓展提高:1. 探究问题:如何将数量积运算律应用于几何问题;2. 学生分组讨论:小组成员共同探讨,分享解题思路;3. 分享与讲解:各小组展示讨论成果,教师进行点评和讲解。
2. 课堂互动:鼓励学生提出问题,进行课堂互动;3. 布置作业:布置一道有关数量积运算律的应用题,让学生课后思考。
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.。
平面向量的数量积【考点梳理】1.平面向量的数量积(1)定义:已知两个非零向量a 和b ,它们的夹角为θ,则数量|a ||b |cos θ叫做a 与b 的数量积(或内积).规定:零向量与任一向量的数量积为0.(2)几何意义:数量积a ·b 等于a 的长度|a |与b 在a 的方向上的投影|b |cos θ的乘积.2.平面向量数量积的运算律 (1)交换律:a ·b =b ·a ;(2)数乘结合律:(λa )·b =λ(a ·b )=a ·(λb ); (3)分配律:a ·(b +c )=a ·b +a ·c .3.平面向量数量积的性质及其坐标表示设非零向量a =(x 1,y 1),b =(x 2,y 2),θ=〈a ,b 〉.考点一、平面向量数量积的运算【例1】(1)已知△ABC 是边长为1的等边三角形,点D ,E 分别是边AB ,BC 的中点,连接DE 并延长到点F ,使得DE =2EF ,则AF →·BC →的值为( ) A .-58 B .18 C .14 D .118(2)已知点P 在圆x 2+y 2=1上,点A 的坐标为(-2,0),O 为原点,则AO →·AP →的最大值为________.[答案] (1)B (2) 6[解析] (1)如图所示,AF →=AD →+DF →.又D ,E 分别为AB ,BC 的中点,且DE =2EF ,所以AD →=12AB →,DF →=12AC →+14AC →=34AC →, 所以AF →=12AB →+34AC →. 又BC →=AC →-AB →,则AF →·BC →=⎝ ⎛⎭⎪⎫12AB →+34AC →·(AC →-AB →)=12AB →·AC →-12AB →2+34AC →2-34AC →·AB →=34AC →2-12AB →2-14AC →·AB →. 又|AB →|=|AC →|=1,∠BAC =60°, 故AF →·BC →=34-12-14×1×1×12=18.故选B. (2)设P (cos α,sin α), ∴AP →=(cos α+2,sin α),∴AO →·AP →=(2,0)·(cos α+2,sin α)=2cos α+4≤6, 当且仅当cos α=1时取等号.【类题通法】1.求两个向量的数量积有三种方法:利用定义;利用向量的坐标运算;利用数量积的几何意义.2.解决涉及几何图形的向量数量积运算问题时,可先利用向量的加减运算或数量积的运算律化简再运算.但一定要注意向量的夹角与已知平面角的关系是相等还是互补.【对点训练】1.线段AD ,BE 分别是边长为2的等边三角形ABC 在边BC ,AC 边上的高,则AD →·BE →=( )A .-32 B .32 C .-332 D .332[答案] A[解析] 由等边三角形的性质得|AD →|=|BE →|=3,〈AD →,BE →〉=120°,所以AD →·BE →=|AD →||BE →|cos 〈AD →,BE →〉=3×3×⎝ ⎛⎭⎪⎫-12=-32,故选A.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________.[答案] 1 1[解析] 法一:以射线AB ,AD 为x 轴,y 轴的正方向建立平面直角坐标系,则A (0,0),B (1,0),C (1,1),D (0,1),设E (t,0),t ∈[0,1],则DE →=(t ,-1),CB →=(0,-1),所以DE →·CB →=(t ,-1)·(0,-1)=1.因为DC →=(1,0),所以DE →·DC →=(t ,-1)·(1,0)=t ≤1,故DE →·DC →的最大值为1.法二:由图知,无论E 点在哪个位置,DE →在CB →方向上的投影都是CB =1,所以DE →·CB →=|CB →|·1=1,当E 运动到B 点时,DE →在DC →方向上的投影最大,即为DC =1, 所以(DE →·DC →)max =|DC →|·1=1.考点二、平面向量的夹角与垂直【例2】(1)已知向量a =(-2,3),b =(3,m ),且a ⊥b ,则m =________. (2)已知平面向量a ,b 满足|a |=2,|b |=1,a 与b 的夹角为2π3,且(a +λb )⊥(2a -b ),则实数λ的值为( )A .-7B .-3C .2D .3(3)若向量a =(k ,3),b =(1,4),c =(2,1),已知2a -3b 与c 的夹角为钝角,则k 的取值范围是________.[答案] (1)2 (2)D (3)⎝ ⎛⎭⎪⎫-∞,-92∪⎝ ⎛⎭⎪⎫-92,3[解析] (1)由题意,得-2×3+3m =0,∴m =2.(2)依题意得a ·b =2×1×cos 2π3=-1,(a +λb )·(2a -b )=0,即2a 2-λb 2+(2λ-1)a ·b =0,则-3λ+9=0,λ=3.(3)∵2a -3b 与c 的夹角为钝角,∴(2a -3b )·c <0, 即(2k -3,-6)·(2,1)<0,解得k <3.又若(2a -3b )∥c ,则2k -3=-12,即k =-92. 当k =-92时,2a -3b =(-12,-6)=-6c ,即2a -3b 与c 反向.综上,k 的取值范围为⎝ ⎛⎭⎪⎫-∞,-92∪⎝ ⎛⎭⎪⎫-92,3.【类题通法】1.根据平面向量数量积的性质:若a ,b 为非零向量,cos θ=a ·b|a ||b |(夹角公式),a ⊥b ⇔a ·b =0等,可知平面向量的数量积可以用来解决有关角度、垂直问题.2.数量积大于0说明不共线的两向量的夹角为锐角,数量积等于0说明不共线的两向量的夹角为直角,数量积小于0且两向量不共线时两向量的夹角为钝角.【对点训练】1.已知向量a =(1,m ),b =(3,-2),且(a +b )⊥b ,则m =( ) A .-8 B .-6 C .6 D .8[答案] D[解析] 法一:因为a =(1,m ),b =(3,-2),所以a +b =(4,m -2). 因为(a +b )⊥b ,所以(a +b )·b =0,所以12-2(m -2)=0,解得m =8. 法二:因为(a +b )⊥b ,所以(a +b )·b =0,即a·b +b 2=3-2m +32+(-2)2=16-2m =0,解得m =8.2.设向量a =(m,1),b =(1,2),且|a +b |2=|a |2+|b |2,则m =________. [答案] -2[解析] ∵|a +b |2=|a |2+|b |2+2a·b =|a |2+|b |2, ∴a·b =0.又a =(m,1),b =(1,2),∴m +2=0,∴m =-2.3.已知非零向量a ,b 满足|b |=4|a |,且a ⊥(2a +b ),则a 与b 的夹角为( ) A .π3 B .π2 C .2π3 D .5π6 [答案] C[解析] ∵a ⊥(2a +b ),∴a ·(2a +b )=0, ∴2|a |2+a ·b =0,即2|a |2+|a ||b |cos 〈a ,b 〉=0.∵|b |=4|a |,∴2|a |2+4|a |2cos 〈a ,b 〉=0, ∴cos 〈a ,b 〉=-12,∴〈a ,b 〉=2π3.4.已知向量BA →=⎝ ⎛⎭⎪⎫12,32,BC →=⎝ ⎛⎭⎪⎫32,12,则∠ABC =( )A .30°B .45°C .60°D .120°[答案] A[解析] 因为BA →=⎝ ⎛⎭⎪⎫12,32,BC →=⎝ ⎛⎭⎪⎫32,12,所以BA →·BC →=34+34=32.又因为BA →·BC →=|BA →||BC →|cos ∠ABC =1×1×cos ∠ABC ,所以cos ∠ABC =32. 又0°≤∠ABC ≤180°,所以∠ABC =30°.故选A.考点三、平面向量的模及其应用【例3】(1)已知向量a ,b 的夹角为60°,|a |=2,|b |=1,则|a +2b |=________. (2)已知直角梯形ABCD 中,AD ∥BC ,∠ADC =90°,AD =2,BC =1,P 是腰DC 上的动点,则|P A →+3PB →|的最小值为________.[答案] (1) 23 (2) 5[解析] (1)|a +2b |2=(a +2b )2=|a |2+2|a |·|2b |·cos 60°+(2|b |)2=22+2×2×2×12+22=4+4+4=12,∴|a +2b |=12=2 3.(2)以D 为原点,分别以DA ,DC 所在直线为x 轴,y 轴建立如图所示的平面直角坐标系,设DC =a ,DP =x (0≤x ≤a ),∴D (0,0),A (2,0),C (0,a ),B (1,a ),P (0,x ).P A →=(2,-x ),PB →=(1,a -x ),∴P A →+3PB →=(5,3a -4x ),|P A →+3PB →|2=25+(3a -4x )2≥25,当x =3a 4时取等号.∴|P A →+3PB →|的最小值为5.【类题通法】1.求向量的模的方法:(1)公式法,利用|a |=a ·a 及(a ±b )2=|a |2±2a ·b +|b |2,把向量的模的运算转化为数量积运算;(2)几何法,利用向量的几何意义,即利用向量加减法的平行四边形法则或三角形法则作出向量,再利用余弦定理等方法求解.2.求向量模的最值(范围)的方法:(1)代数法,把所求的模表示成某个变量的函数,再用求最值的方法求解;(2)几何法(数形结合法),弄清所求的模表示的几何意义,结合动点表示的图形求解.【对点训练】1.已知平面向量a 与b 的夹角等于π3,若|a |=2,|b |=3,则|2a -3b |=( ) A .57 B .61 C .57 D .61 [答案] B[解析] 由题意可得a ·b =|a |·|b |cos π3=3,所以|2a -3b |=(2a -3b )2=4|a |2+9|b |2-12a ·b =16+81-36=61,故选B.2.已知正△ABC 的边长为23,平面ABC 内的动点P ,M 满足|AP →|=1,PM →=MC →,则|BM →|2的最大值是________.[答案] 494[解析] 建立平面直角坐标系如图所示,则B (-3,0),C (3,0),A (0,3),则点P 的轨迹方程为x 2+(y -3)2=1. 设P (x ,y ),M (x 0,y 0),则x =2x 0-3,y =2y 0, 代入圆的方程得⎝ ⎛⎭⎪⎫x 0-322+⎝ ⎛⎭⎪⎫y 0-322=14,所以点M 的轨迹方程为⎝ ⎛⎭⎪⎫x -322+⎝ ⎛⎭⎪⎫y -322=14,它表示以⎝ ⎛⎭⎪⎫32,32为圆心,以12为半径的圆,所以|BM →|max =⎝ ⎛⎭⎪⎫32+32+⎝⎛⎭⎪⎫32-02+12=72,所以|BM →|2max =494.。
第8课时
二、平面向量数量积的运算律
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规律解决有关问题;
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
授课类型:新授课
教具:多媒体、实物投影仪
内容分析:
启发学生在理解数量积的运算特点的基础上,逐步把握数量积的运算律,引导学生注意数量积性质的相关问题的特点,以熟练地应用数量积的性质.
教学过程:
一、复习引入:
1.两个非零向量夹角的概念
已知非零向量a与b,作=a,=b,则∠AOB=θ(0≤θ≤π)叫a与b的
夹角.
2.平面向量数量积(内积)的定义:已知两个非零向量a与b,它们的夹角是θ,则数量|a||b|cosθ叫a与b的数量积,记作a⋅b,即有a⋅b = |a||b|cosθ,
(0≤θ≤π).并规定0与任何向量的数量积为0.
3.“投影”的概念:作图
C
定义:|b|cosθ叫做向量b在a方向上的投影.
投影也是一个数量,不是向量;当θ为锐角时投影为正值;当θ为钝角时投影为负值;当θ为直角时投影为0;当θ = 0︒时投影为|b|;当θ = 180︒时投影为-|b|.
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|cosθ的乘积.
5.两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 |. 特别的a ⋅a = |a |2或a a a ⋅=|| 4︒cos θ =|
|||b a b a ⋅ ;5︒|a ⋅b | ≤ |a ||b | 二、讲解新课:
平面向量数量积的运算律
1.交换律:a ⋅ b = b ⋅ a
证:设a ,b 夹角为θ,则a ⋅ b = |a ||b |cos θ,b ⋅ a = |b ||a |cos θ
∴a ⋅ b = b ⋅ a
2.数乘结合律:(λa )⋅b =λ(a ⋅b ) = a ⋅(λb )
证:若λ> 0,(λa )⋅b =λ|a ||b |cos θ, λ(a ⋅b ) =λ|a ||b |cos θ,a ⋅(λb ) =λ|a ||b |cos θ,
若λ< 0,(λa )⋅b =|λa ||b |cos(π-θ) = -λ|a ||b |(-cos θ) =λ|a ||b |cos θ,λ(a ⋅b ) =λ|a ||b |cos θ, a ⋅(λb ) =|a ||λb |cos(π-θ) = -λ|a ||b |(-cos θ) =λ|a ||b |cos θ.
3.分配律:(a + b )⋅c = a ⋅c + b ⋅c
在平面内取一点O ,作OA = a , AB = b ,OC = c , ∵a + b (即OB )在c 方向上的投影等于a 、b 在c 方向上的投影和,即 |a + b | cos θ = |a | cos θ1 + |b | cos θ2
∴| c | |a + b | cos θ =|c | |a | cos θ1 + |c | |b | cos θ2, ∴c ⋅(a + b ) = c ⋅a + c ⋅b 即:(a + b )⋅c = a ⋅c + b ⋅c
说明:(1)一般地,(a·b)с≠a(b·с)
(2)a·с=b·с,с≠0a=b
(3)有如下常用性质:a2=|a|2,
(a+b)(с+d)=a·с+a·d+b·с+b·d
(a+b)2=a2+2a·b+b2
三、讲解范例:
例1 已知a 、b 都是非零向量,且a + 3b 与7a - 5b 垂直,a - 4b 与7a - 2b 垂直,求a 与b 的夹角.
解:由(a + 3b )(7a - 5b ) = 0 ⇒ 7a 2 + 16a ⋅b -15b 2 = 0 ①
(a - 4b )(7a - 2b ) = 0 ⇒ 7a 2 - 30a ⋅b + 8b 2 = 0 ②
两式相减:2a ⋅b = b 2
代入①或②得:a 2 = b 2 设a 、b 的夹角为θ,则cos θ =2
1222==⋅||||||b b b a b a ∴θ = 60︒
例2 求证:平行四边形两条对角线平方和等于四条边的平方和.
解:如图:平行四边形ABCD 中,=,=,=+
∴||2=⋅++=+2||2
22 而=- ,
∴||2=⋅-+=-2||2
22 ∴||2 + ||2 = 22
22+= 2222||||||||+++ 例3 四边形ABCD 中,=a,BC =b,CD =с,DA =d,且a·b=b·с=с·d=d·a,试问四边形ABCD 是什么图形?
分析:四边形的形状由边角关系确定,关键是由题设条件演变、推算该四边形的边角量. 解:四边形ABCD 是矩形,这是因为:
一方面:∵a+b+с+d=0,∴a+b=-(с+d),∴(a+b)2=(с+d)2
即|a|2+2a·b+|b|2=|с|2+2с·d+|d|2
由于a·b=с·d,∴|a|2+|b|2=|с|2+|d|2①
同理有|a|2+|d|2=|с|2+|b|2②
由①②可得|a|=|с|,且|b|=|d|即四边形ABCD 两组对边分别相等. ∴四边形ABCD 是平行四边形
另一方面,由a·b=b·с,有b(a-с)=0,而由平行四边形ABCD 可得a=-с,代入上式得b·(2a)=0,即a·b=0,∴a⊥b也即AB ⊥BC .
综上所述,四边形ABCD 是矩形.
评述:(1)在四边形中,,,,是顺次首尾相接向量,则其和向量是零向量,即a+b+с+d=0,应注意这一隐含条件应用;
(2)由已知条件产生数量积的关键是构造数量积,因为数量积的定义式中含有边、角两种关系.
四、课堂练习:
1.下列叙述不正确的是( )
A.向量的数量积满足交换律 B .向量的数量积满足分配律
C.向量的数量积满足结合律
D.a ·b 是一个实数
2.已知|a |=6,|b |=4,a 与b 的夹角为60°,则(a +2b )·(a -3b )等于( )
A.72 B .-72 C.36 D.-36
3.|a |=3,|b |=4,向量a +43b 与a -4
3b 的位置关系为( ) A.平行 B .垂直 C.夹角为3
D.不平行也不垂直 4.已知|a |=3,|b |=4,且a 与b 的夹角为150°,则(a +b )2= .
5.已知|a |=2,|b |=5,a ·b =-3,则|a +b |=______,|a -b |= .
6.设|a |=3,|b |=5,且a +λb 与a -λb 垂直,则λ= .
五、小结(略)
六、课后作业(略)
七、板书设计(略)
八、课后记:。