平面向量坐标表示向量共线条件
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别业岁月悠长,有暗香盈袖。
冗长了日与夜,空掷了乐与悲。
遂撰文三两卷,遣尽浮光,以飨后学。
谨祝诸位:学业有成,前程似锦。
编者:李健,匠人,喜于斗室伏案两三卷,愁与身在红尘浪荡无涯。
写过一些铅字附庸了世态,跑过几个码头了断了青春。
如今归去来兮,只为了挥洒一方三尺讲台。
第2讲 平面向量基本定理及坐标表示一.知识梳理 1.平面向量基本定理如果12,e e 是平面内两个不共线的向量,那么对于这个平面内的任意向量a ,有且只有一对实数12,λλ,使1122a e e λλ=+.其中不共线的向量12,e e 叫做表示这一平面内所有向量的一组基底.2.平面向量的坐标运算 (1)向量坐标的求法:①若向量的起点是坐标原点,则终点坐标即为向量坐标. ②设1122(,),(,)A x y B x y ,则2121(,)AB x x y y =--;||(AB x =(2)向量的加法、减法、数乘及向量的模:设1122(,),(,)a x y b x y ==1212(,)a b x x y y +=++;1212(,)a b x x y y -=--;11(,)a x y λλλ=;21||a x y =+.3.平面向量共线的坐标表示设1122(,),(,)a x y b x y ==,其中0b ≠,则12210a b x y x y ⇔-=∥. 二.要点整合 1.辨明三个易误点(1)注意能作为基底的两个向量必须是不共线的.(2)要注意运用两个向量,a b 共线坐标表示的充要条件12210x y x y -=.(3)要注意区分点的坐标与向量的坐标的不同,尽管形式上一样,但意义完全不同,向量坐标中既有大小的信息也有方向的信息.2.有关平面向量的两类本质(1)平面向量基本定理的本质是运用向量加法的平行四边形法则,将向量进行分解. (2)向量的坐标表示的本质是向量的代数表示,其中坐标运算法则是运算的关键. 三.典例精析1.平面向量基本定理及其应用【例题1】(1)在梯形ABCD 中,,2,,A B C D A B C D M N=∥分别是,C D B C 的中点,若AB AM AN λμ=+,则λμ+=( )1.5A 2.5B 3.5C 4.5D (2)在ABC 中,P 是AB 上一点,且21,33CP CA CB Q =+是BC 的中点,AQ 和CP 的交点为M ,又CM tCP =,则t = . 【变式1】(1)如图,在ABC 中,P 为线段AB 上的一点,OP xOA yOB =+,且2BP PA =,则( )21.,33A x y == 12.,33B x y == 13.,44C x y == 31.,44D x y ==(2)如图,在ABC 中,13AN NC =,P 是BN 上一点,若211AP mAB AC =+,则m = .2.平面向量的坐标运算【例题2】(1)已知(2,4),(3,1),(3,4)A B C ----.设,,AB a BC b CA c ===,且3,2C M c C N b==-. (Ⅰ)求33a b c +-;(Ⅱ)求满足a mb nc =+的实数,m n ; (Ⅲ)求,M N 的坐标及向量MN 的坐标.(2)给定两个长度为1的平面向量OA 和OB ,它们的夹角为23π.如图,点C 在以O 为圆心的AB 上运动.若(,)OC xOA yOB x y R =+∈,则x y +的最大值为 .【变式2】(1)已知O 为坐标原点,点C 是线段AB 上一点,且(1,1),(2,3)A C ,||2||BC AC =,则向量OB 的坐标是 .(2)(2014福建质检)如图,设向量(3,1),(1,3)OA OB ==,若OC =OA λOB μ+,且1λμ≥≥,则用阴影表示C 点所有可能的位置区域正确的是( )(3)已知||||2,a b a b ==⊥,若向量c 满足||2c a b --=,则||c 的取值范围是 .3.平面向量共线的坐标表示)两向量共线的充要条件的作用【例题3】(1)已知向量1(8,),(,1)2a xb x ==,其中0x >,若(2)(2)a b a b -+∥,则x 的值为( ).4A .8B .0C .2D(2)已知点(4,0),(4,4),(2,6)A B C ,则AC 与OB 的交点P 的坐标为 . (3)(2014广东佛山)设(1,2),(,1),(,0)OA OB a OC b =-=-=-,0a >,0,b O >为坐标原点,若,,A B C 三点共线,则12a b+的最小值为( ).2A .4B .6C .8D 【变式3】(1)已知向量(1,3),(2,1),(1,2)OA OB OC k k =-=-=+-,若,,A B C 三点不能构成三角形,则实数k 应满足的条件是( ).2A k =- 1.2B k =.1C k = .1D k =- (2)(2015河北唐山)设向量,a b 满足||25,(2,1)a b ==,且a 与b 的方向相反,则a 的坐标为 .(3)(2014陕西)设02πθ<<,向量(sin 2,cos ),(cos ,1)a b θθθ==,若a b ∥,则tan θ= .四.针对训练.A 组 基础训练1.如图,在平行四边形ABCD 中,E 为DC 边的中点,且,AB a AD b ==,则BE =( )1.2A b a -1.2B b a + 1.2C a b + 1.2D a b - 2.(2015宁夏质检)如图,设O 为平行四边形ABCD 两对角线的交点,给出下列向量组:①AD 与AB ;②DA 与BC ;③CA 与DC ;④OD 与OB .其中可作为该平面内其他向量的基底的是( ).A ①② .B ①③ .C ①④ .D ③④3.已知向量3,1),(0,2)a b =-=(.若实数k 与向量c 满足2a b kc +=,则c 可以是( ).,1)A - .(3)B - .(,1)C - .(3)D - 4.已知点(1,3),(4,1)A B -,则与向量AB 同方向的单位向量是( )34.(,)55A - 43.(,)55B - 34.(,)55C - 43.(,)55D -5.(2015吉林长春)如图,设向量12,OA e OB e ==,若12,e e 不共线,且点P 在线段AB 上,||:||2AP PB =,则OP =( )1212.33A e e -1221.33B e e + 1212.33C e e + 1221.33D e e -6.已知ABC 中,点D 在BC 边上,且2,s CD DB CD r AB AC ==+,则r s +的值是( ) 2.3A 4.3B .3C - .0D 7.若三点(1,5),(,2),(2,1)A B a C ----共线,则实数a 的取值范围是 .8.在ABC 中,点P 在BC 上,且2BP PC =,点Q 是AC 中点,若(4,3)PA =,(1,5)PQ =,则BC = .9.(2015江西九江){|(1,1)(1,2)}P a a m m R ==-+∈,{|(1,2)Q b b ==-(2,3),}n n R +∈是两个向量集合,则PQ 等于 .10.ABC 中,内角,,A B C 所对的边分别为,,a b c ,若(,)p a c b =+,(,)q b a c a =--,且p q ∥,则角C = . 11.已知(1,0),(2,1)a b ==.(Ⅰ)当k 为何值时,ka b -与2a b +共线;(Ⅱ)若23,AB a b BC a mb =+=+且,,A B C 三点共线,求m 的值.12.(2015山东莱芜)如图,已知ABC 中,点C 是以A 为中点的点B 的对称点,D 将OB分为2:1两部分的一个内分点,DC 和OA 交于点E ,设OA a =,OB b =. (Ⅰ)用a 和b 表示向量,OC DC ; (Ⅱ)若OE OA λ=,求实数λ的值..B 组 能力提升1.在平面直角坐标系中,点(0,0),(6,8)O P ,将向量OP 绕点O 按逆时针方向旋转34π后得到向量OQ ,则Q 点的坐标是( ).(2)A - .(2)B - .(,2)C -- .(,2)D - 2.已知直线x y a +=与圆224x y +=交于,A B 两点,且||OA OB +=||OA OB -,其中O 为坐标原点,则实数a 的值为( ).2A .2B - .2C 或2- D3.如图,在四边形,,,A B C D 中,1AB BC CD ===,且90B ∠=,BCD ∠=135,记向量,AB a AC b ==,则AD =( )2(1)2b -+2.(1)2B b ++ 2.(1)2C b +-2(1)2b +-4.(2014湖南)在平面直角坐标系中,O 为原点,(1,0),(3,0)A B C -,动点D 满足||1CD =,则||OA OB OD ++的取值范围是( ).[4,6]A .191]B .[7]C .71]D 5.在平面直角坐标系中,O 为坐标原点,已知两点(3,1),(1,3)A B -,若点C 满足(,)OC OA OB R αβαβ=+∈且1αβ+=,则点C 的轨迹方程为 .6.设向量1122(,),(,)a x y b x y ==,定义一种向量积1122(,)a b a b a b ⊗=,已知向量1(2,),(,0)23m b π==,点(,)P x y 在sin y x =图像上运动.Q 是函数()y f x =图像上的点,且满足OQ m OP n =⊗+(其中O 为坐标原点),则函数()y f x =的值域是 .7.如图,,,A B C 是圆O 上的三点,线段CO 的延长线与BA 的延长线交于圆O 外一点D ,若OC mOA nOB =+,则m n +的取值范围是 .8.如图,设,Ox Oy 为平面内相交成60角的两条数轴,12,e e 分别是x 轴、y 轴正方向同方向的单位向量,若12OP xe ye =+,则把有序实数对(,)x y 叫做向量OP 在坐标系xOy 中的坐标.若OP 的坐标为(1,1). (Ⅰ)求||OP ;(Ⅱ)过点P 作直线l 分别与x 轴、y 轴正方向交于点,A B ,试确定,A B 的位置,使AOB 面积最小,并求出最小值.。
2.3.4 平面向量共线的坐标表示预习课本P98~100,思考并完成以下问题如何利用向量的坐标运算表示两个向量共线?[新知初探]平面向量共线的坐标表示[点睛] (1)平面向量共线的坐标表示还可以写成x 1x 2=y 1y 2(x 2≠0,y 2≠0),即两个不平行于坐标轴的共线向量的对应坐标成比例;(2)当a ≠0,b =0时,a ∥b ,此时x 1y 2-x 2y 1=0也成立,即对任意向量a ,b 都有:x 1y 2-x 2y 1=0⇔a ∥b .[小试身手]1.判断下列命题是否正确.(正确的打“√”,错误的打“×”)(1)已知a =(x 1,y 1),b =(x 2,y 2),若a ∥b ,则必有x 1y 2=x 2y 1.( )(2)向量(2,3)与向量(-4,-6)反向.( )答案:(1)√ (2)√2.若向量a =(1,2),b =(2,3),则与a +b 共线的向量可以是( )A .(2,1)B .(-1,2)C .(6,10)D .(-6,10)答案:C3.已知a =(1,2),b =(x,4),若a ∥b ,则x 等于( )A .-12 B.12C .-2D .2 答案:D4.已知向量a =(-2,3),b ∥a ,向量b 的起点为A (1,2),终点B 在x 轴上,则点B 的坐标为________.答案:⎝⎛⎭⎫73,0[典例] (1)已知向量a =(1,2),b =(λ,1),若(a +2b )∥(2a -2b ),则λ的值等于( ) A.12 B.13C .1D .2 (2)已知A (2,1),B (0,4),C (1,3),D (5,-3).判断AB 与CD 是否共线?如果共线,它们的方向相同还是相反?[解析] (1)法一:a +2b =(1,2)+2(λ,1)=(1+2λ,4),2a -2b =2(1,2)-2(λ,1)=(2-2λ,2),由(a +2b )∥(2a -2b )可得2(1+2λ)-4(2-2λ)=0,解得λ=12. 法二:假设a ,b 不共线,则由(a +2b )∥(2a -2b )可得a +2b =μ(2a -2b ),从而⎩⎪⎨⎪⎧1=2μ,2=-2μ,方程组显然无解,即a +2b 与2a -2b 不共线,这与(a +2b )∥(2a -2b )矛盾,从而假设不成立,故应有a ,b 共线,所以1λ=21,即λ=12. [答案] A(2)[解] AB =(0,4)-(2,1)=(-2,3),CD =(5,-3)-(1,3)=(4,-6), ∵(-2)×(-6)-3×4=0,∴AB ,CD 共线. 又CD =-2AB ,∴AB ,CD 方向相反.综上,AB 与CD 共线且方向相反.已知a =(1,2),b =(-3,2),当k 为何值时,ka +b 与a -3b 平行,平行时它们的方向相同还是相反?解:ka +b =k (1,2)+(-3,2)=(k -3,2k +2), a -3b =(1,2)-3(-3,2)=(10,-4),若ka +b 与a -3b 平行,则-4(k -3)-10(2k +2)=0,解得k =-13,此时ka +b =-13a +b =-13(a -3b ),故ka +b 与a -3b 反向. ∴k =-13时,ka +b 与a -3b 平行且方向相反.[典例] (1)已知OA =(3,4),OB =(7,12),OC =(9,16),求证:A ,B ,C 三点共线;(2)设向量OA =(k,12),OB =(4,5),OC =(10,k ),当k 为何值时,A ,B ,C 三点 共线?[解] (1)证明:∵AB =OB -OA =(4,8),AC =OC -OA =(6,12), ∴AC =32AB ,即AB 与AC 共线. 又∵AB 与AC 有公共点A ,∴A ,B ,C 三点共线.(2)若A ,B ,C 三点共线,则AB ,AC 共线, ∵AB =OB -OA =(4-k ,-7),AC =OC -OA =(10-k ,k -12),∴(4-k )(k -12)+7(10-k )=0.解得k =-2或k =11.一般是看AB 与BC AB 与AC AC BC AC BC AB λBC ,或AB =λAC 设点A (x,1),B (2x,2),C (1,2x ),D (5,3x ),当x 为何值时,AB 与CD 共线且方向相同,此时,A ,B ,C ,D 能否在同一条直线上?解:AB =(2x,2)-(x,1)=(x,1),BC =(1,2x )-(2x,2)=(1-2x,2x -2),CD =(5,3x )-(1,2x )=(4,x ).由AB 与CD 共线,所以x 2=1×4,所以x =±2.又AB 与CD 方向相同,所以x =2.此时,AB =(2,1),BC =(-3,2),而2×2≠-3×1,所以AB 与BC 不共线,所以A ,B ,C 三点不在同一条直线上.所以A ,B ,C ,D 不在同一条直线上.题点一:两直线平行判断1. 如图所示,已知直角梯形ABCD,AD⊥AB,AB=2AD=2CD,过点C作CE⊥AB于E,用向量的方法证明:DE∥BC;证明:如图,以E为原点,AB所在直线为x轴,EC所在直线为y轴建立直角坐标系,设|AD|=1,则|DC|=1,|AB|=2.∵CE⊥AB,而AD=DC,∴四边形AECD为正方形,∴可求得各点坐标分别为E(0,0),B(1,0),C(0,1),D(-1,1).∵ED=(-1,1)-(0,0)=(-1,1),BC=(0,1)-(1,0)=(-1,1),∴ED=BC,∴ED∥BC,即DE∥BC.题点二:几何形状的判断2.已知直角坐标平面上四点A(1,0),B(4,3),C(2,4),D(0,2),求证:四边形ABCD是等腰梯形.证明:由已知得,AB=(4,3)-(1,0)=(3,3),CD=(0,2)-(2,4)=(-2,-2).∵3×(-2)-3×(-2)=0,∴AB与CD共线.AD=(-1,2),BC=(2,4)-(4,3)=(-2,1),∵(-1)×1-2×(-2)≠0,∴AD与BC不共线.∴四边形ABCD是梯形.∵BC=(-2,1),AD=(-1,2),∴|BC|=5=|AD|,即BC=AD.故四边形ABCD是等腰梯形.题点三:求交点坐标3. 如图所示,已知点A(4,0),B(4,4),C(2,6),求AC和OB交点P的坐标.解:法一:设OP=t OB=t(4,4)=(4t,4t),则AP=OP-OA=(4t,4t)-(4,0)=(4t-4,4t),AC=OC-OA=(2,6)-(4,0)=(-2,6).由AP ,AC 共线的条件知(4t -4)×6-4t ×(-2)=0,解得t =34.∴OP =(3,3). ∴P 点坐标为(3,3).法二:设P (x ,y ), 则OP =(x ,y ),OB =(4,4). ∵OP ,OB 共线,∴4x -4y =0.① 又CP =(x -2,y -6),CA =(2,-6), 且向量CP ,CA 共线,∴-6(x -2)+2(6-y )=0.②解①②组成的方程组,得x =3,y =3,∴点P 的坐标为(3,3).应用向量共线的坐标表示求解几何问题的步骤层级一 学业水平达标1.下列向量组中,能作为表示它们所在平面内所有向量的基底的是( )A .e 1=(0,0),e 2=(1,-2)B .e 1=(-1,2),e 2=(5,7)C .e 1=(3,5),e 2=(6,10)D .e 1=(2,-3),e 2=⎝⎛⎭⎫12,-34 解析:选B A 中向量e 1为零向量,∴e 1∥e 2;C 中e 1=12e 2,∴e 1∥e 2;D 中e 1=4e 2,∴e 1∥e 2,故选B.2.已知点A (1,1),B (4,2)和向量a =(2,λ),若a ∥AB ,则实数λ的值为( )A .-23B.32C.23 D .-32解析:选C 根据A ,B 两点的坐标,可得AB =(3,1),∵a ∥AB ,∴2×1-3λ=0,解得λ=23,故选C. 3.已知A (2,-1),B (3,1),则与AB 平行且方向相反的向量a 是( )A .(2,1)B .(-6,-3)C .(-1,2)D .(-4,-8)解析:选D AB =(1,2),向量(2,1)、(-6,-3)、(-1,2)与(1,2)不平行;(-4,-8)与(1,2)平行且方向相反.4.已知向量a =(x,2),b =(3,-1),若(a +b )∥(a -2b ),则实数x 的值为( )A .-3B .2C .4D .-6解析:选D 因为(a +b )∥(a -2b ),a +b =(x +3,1),a -2b =(x -6,4),所以4(x +3)-(x -6)=0,解得x =-6.5.设a =⎝⎛⎭⎫32,tan α,b =⎝⎛⎭⎫cos α,13,且a ∥b ,则锐角α为( ) A .30°B .60°C .45°D .75° 解析:选A ∵a ∥b ,∴32×13-tan α cos α=0, 即sin α=12,α=30°. 6.已知向量a =(3x -1,4)与b =(1,2)共线,则实数x 的值为________.解析:∵向量a =(3x -1,4)与b =(1,2)共线,∴2(3x -1)-4×1=0,解得x =1.答案:17.已知A (-1,4),B (x ,-2),若C (3,3)在直线AB 上,则x =________. 解析:AB =(x +1,-6),AC =(4,-1), ∵AB ∥AC ,∴-(x +1)+24=0,∴x =23.答案:238.已知向量a =(1,2),b =(-2,3),若λa +μb 与a +b 共线,则λ与μ的关系是________.解析:∵a =(1,2),b =(-2,3),∴a +b =(1,2)+(-2,3)=(-1,5),λa +μb =λ(1,2)+μ(-2,3)=(λ-2μ,2λ+3μ),又∵(λa +μb )∥(a +b ),∴-1×(2λ+3μ)-5(λ-2μ)=0,∴λ=μ.答案:λ=μ9.已知A ,B ,C 三点的坐标为(-1,0),(3,-1),(1,2),并且AE =13AC ,BF =13BC ,求证:EF ∥AB .证明:设E ,F 的坐标分别为(x 1,y 1)、(x 2,y 2), 依题意有AC =(2,2),BC =(-2,3),AB =(4,-1). ∵AE =13AC ,∴(x 1+1,y 1)=13(2,2). ∴点E 的坐标为⎝⎛⎭⎫-13,23. 同理点F 的坐标为⎝⎛⎭⎫73,0,EF =⎝⎛⎭⎫83,-23. 又83×(-1)-4×⎝⎛⎭⎫-23=0,∴EF ∥AB . 10.已知向量a =(2,1),b =(1,1),c =(5,2),m =λb +c (λ为常数).(1)求a +b ;(2)若a 与m 平行,求实数λ的值.解:(1)因为a =(2,1),b =(1,1),所以a +b =(2,1)+(1,1)=(3,2).(2)因为b =(1,1),c =(5,2),所以m =λb +c =λ(1,1)+(5,2)=(λ+5,λ+2).又因为a =(2,1),且a 与m 平行,所以2(λ+2)=λ+5,解得λ=1.层级二 应试能力达标1.已知平面向量a =(x,1),b =(-x ,x 2),则向量a +b ( )A .平行于x 轴B .平行于第一、三象限的角平分线C .平行于y 轴D .平行于第二、四象限的角平分线解析:选C 因为a +b =(0,1+x 2),所以a +b 平行于y 轴.2.若A (3,-6),B (-5,2),C (6,y )三点共线,则y =( )A.13B.-13C.9 D.-9解析:选D A,B,C三点共线,∴AB∥AC,而AB=(-8,8),AC=(3,y+6),∴-8(y+6)-8×3=0,即y=-9.3.已知向量a=(1,0),b=(0,1),c=ka+b(k∈R),d=a-b,如果c∥d,那么() A.k=1且c与d同向B.k=1且c与d反向C.k=-1且c与d同向D.k=-1且c与d反向解析:选D∵a=(1,0),b=(0,1),若k=1,则c=a+b=(1,1),d=a-b=(1,-1),显然,c与d不平行,排除A、B.若k=-1,则c=-a+b=(-1,1),d=a-b=-(-1,1),即c∥d且c与d反向.4.已知平行四边形三个顶点的坐标分别为(-1,0),(3,0),(1,-5),则第四个顶点的坐标是()A.(1,5)或(5,5)B.(1,5)或(-3,-5)C.(5,-5)或(-3,-5)D.(1,5)或(5,-5)或(-3,-5)解析:选D设A(-1,0),B(3,0),C(1,-5),第四个顶点为D,①若这个平行四边形为▱ABCD,则AB=DC,∴D(-3,-5);②若这个平行四边形为▱ACDB,则AC=BD,∴D(5,-5);③若这个平行四边形为▱ACBD,则AC=DB,∴D(1,5).综上所述,D点坐标为(1,5)或(5,-5)或(-3,-5).5.已知AB=(6,1),BC=(x,y),CD=(-2,-3),BC∥DA,则x+2y的值为________.解析:∵AD=AB+BC+CD=(6,1)+(x,y)+(-2,-3)=(x+4,y-2),∴DA=-AD=-(x+4,y-2)=(-x-4,-y+2).∵BC∥DA,∴x(-y+2)-(-x-4)y=0,即x+2y=0.答案:06.已知向量OA =(3,-4),OB =(6,-3),OC =(5-m ,-3-m ).若点A ,B ,C 能构成三角形,则实数m 应满足的条件为________.解析:若点A ,B ,C 能构成三角形,则这三点不共线,即AB 与AC 不共线. ∵AB =OB -OA =(3,1),AC =OC -OA =(2-m,1-m ),∴3(1-m )≠2-m ,即m ≠12.答案:m ≠127.已知A (1,1),B (3,-1),C (a ,b ).(1)若A ,B ,C 三点共线,求a 与b 之间的数量关系;(2)若AC =2AB ,求点C 的坐标.解:(1)若A ,B ,C 三点共线,则AB 与AC 共线.AB =(3,-1)-(1,1)=(2,-2),AC =(a -1,b -1),∴2(b -1)-(-2)(a -1)=0,∴a +b =2.(2)若AC =2AB ,则(a -1,b -1)=(4,-4),∴⎩⎪⎨⎪⎧ a -1=4,b -1=-4,∴⎩⎪⎨⎪⎧ a =5,b =-3,∴点C 的坐标为(5,-3).8.如图所示,在四边形ABCD 中,已知A (2,6),B (6,4),C (5,0),D (1,0),求直线AC 与BD 交点P 的坐标.解:设P (x ,y ),则DP =(x -1,y ),DB =(5,4),CA =(-3,6),DC =(4,0).由B ,P ,D 三点共线可得DP =λDB =(5λ,4λ). 又∵CP =DP -DC =(5λ-4,4λ), 由于CP 与CA 共线得,(5λ-4)×6+12λ=0.解得λ=47, ∴DP =47DB =⎝⎛⎭⎫207,167,∴P 的坐标为⎝⎛⎭⎫277,167.。