平面向量共线的坐标表示
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2.3.2平面向量的正交分解及坐标表示2.3.3平面向量的坐标运算 2.3.4平面向量共线的坐标表示一、教学目标1.知识与技能(1)理解平面向量的坐标表示的概念,会写出直角坐标系内给定向量的坐标,会作出已知坐标表示的向量;(2)掌握平面向量的坐标运算,掌握平面向量的和、差及实数与向量的积的坐标表示方法;(3)理解一个向量的坐标等于表示该向量的有向线段的终点坐标减去起点的坐标; (4)掌握平面向量共线的坐标表示. 2.过程与方法在平面向量的坐标表示的推导过程中,让学生掌握平面向量基本定理中基底的特殊化.3.态度情感与价值观让学生感受向量的坐标运算的简洁美与和谐美.二、教学重难点1.教学重点:平面向量的坐标运算. 2.教学难点:理解向量坐标化的意义.三、教学过程㈠ 课前1分钟(书P65 习题1.8 A 组 2)根据下列条件,求(0,2)π内的角A1213041()sin ()sin ()cos ()tan A A A A ==-==㈡ 复习回顾平面向量基本定理如果1e ,2e 是同一平面内的两个不共线的向量,那么对于这一平面内的任一向量a ,有且只有一对实数1λ, 2λ,使得1122a e e λλ=+.不共线的平面向量1e ,2e 叫做这一平面内所有向量的一组基底. ㈢ 新课探究引例:光滑斜面上的木块所受重力G 可以分解为平行斜面使木块下滑的力1F 和木块产生的垂直于斜面的压力2F (如图).正交分解:把一个向量分解为两个互相垂直的向量,叫做把向量正交分解.★在正交分解下,许多有关向量问题将变得较为简单,引例就是一个正交分解的例子.平面向量的坐标表示如图,在直角坐标系内,我们分别取与x 轴、y 轴方向相同的两个单位向量i 、j 作为基底.则对于该平面内的任一个向量a ,有且只有一对实数x 、y ,使得a xi y j =+我们把),(y x 叫做向量a 的(直角)坐标,记作(,)a x y =…………①其中x 叫做a 在x 轴上的坐标,y 叫做a 在y 轴上的坐标,①式叫做向量的坐标表示.与.a 相等的向量的坐标也为..........),(y x .探究一:以O 为起点,(,)P x y 为终点的向量能否用坐标表示?如何表示? 解:如图 (,)OP xi y j x y =+=以O 为起点的向量OP 的坐标也就是终点P 的坐标向量(,)OP P x y −−−−→一一对应探究二:在平面直角坐标系内,起点不在坐标原点O 的向量如何用坐标来表示?可通过向量的平移,将向量的起点移到坐标的原点O 处.+OA xi y j =, +a xi y j =点评:1.把a xi y j =+称为向量基底形式; 2.(,)a x y =,称其为向量的坐标形式; 3.(,)a xi y j x y =+=;4.单位向量(1,0)i =,(0,1)j =;5.两个向量相等的条件,利用坐标如何表示?1212x x a b y y =⎧=⇔⎨=⎩例1.如图,已知(1,3)A -,(1,3)B -,(4,1)C ,(3,4)D ,求向量OA ,OB ,OD ,OC 的坐标.例2.如图,用基底i ,j 分别表示向量a ,b ,并求出它们的坐标.解:由图可知:1223a AA AA i j =+=+,∴(2,3)a = 同理,23(2,3)b i j =-+=-探究:你能发现向量a 的坐标与它起点坐标和终点坐标间有什么联系吗?平面向量的坐标运算 向量的加法思考:已知11(,)a x y =,22(,)b x y =,能得出a b +的坐标吗? 两个向量和的坐标分别等于这两个向量相应坐标的和.结论:已知11(,)a x y =,22(,)b x y =,则1212(,)a b x x y y +=++ 向量的减法思考:已知11(,)a x y =,22(,)b x y =,能得出a b -的坐标吗? 两个向量差的坐标分别等于这两个向量相应坐标的差. 结论:已知11(,)a x y =,22(,)b x y =,则1212(,)a b x x y y -=--向量的数乘同理可得,已知11(,)a x y =,则11(,)a x y λλλ=即实数与向量的积的坐标等于用这个实数乘原来向量的坐标.例5.已知平面上三点的坐标分别为(2,1)A -,(1,3)B -,(3,4)C ,求点D 的坐标,使这四点构成平行四边形四个顶点.分析:引导学生发现可以,AB BC 为邻边构造平行四边形,则AD BC =即可求出点D 的坐标;还可以以,AB AC 为邻边,或以,BC AC 为邻边. 平面向量共线的坐标表示探究:向量b与向量(0)a a ≠共线当且仅当存在实数λ使b a λ=,若11(,)a x y =,22(,)b x y =,则上述结果如何用坐标表示?1211222212(,)(,)(,)x x x y x y x y y y λλλλλ=⎧==⇔⎨=⎩思考:(1)如何消去λ? 当20x ≠时,12x x λ=,∴1122xy y x =即12210x y x y -= (问:左式当20x =时成立吗?)(2)向量共线的两种等价形式:1221//(0)0a b a b a x y x y λ≠⇔=-=或. 探究:设点P 是线段12P P 上的一点,1P 、2P 的坐标分别是11(,)x y ,22(,)x y ,当12PP PP λ=时,点P 的坐标是多少?解:∵12PP PP λ=,∴1121PPPP λλ=+(如何确定?)11112121()11OP OP PP OP PP OP OP OP λλλλ=+=+=+-++121211(,)1111x x y y OP λλλλλλλ++=+=++++ ∴点P 的坐标是1212(,)11x x y y λλλλ++++——定比分点坐标公式注意:(1)中点坐标公式是定比分点坐标公式的特殊情况1λ=;(2)套用公式时要分清向量的起点、终点以及λ是多少. ㈣ 课堂练习 课后练习书P100-101(6与7要求用探究得到的定比分点坐标公式重新计算). 练习巩固1.已知O 是坐标原点,点A 在第一象限,43OA =60xOA ∠=︒,求向量OA 的坐标. 2.已知(11,12)A 、(4,5)B 、(10,11)C ,求证:A 、B 、C 三点共线. 3.已知(,12)A k 、(4,5)B 、(10,)C k ,且A 、B 、C 三点共线,求k 的值. 能力提升1.已知(1,0)a =,(2,1)b =,当实数k 为何值时,向量ka b -与3a b +平行?并确定此时它们是同向还是反向.2.已知(1,3)A -和(8,1)B -,如果点(21,2)C a a -+在直线AB 上,求a 的值. 3.已知ABC ∆中,(0,0)O ,(0,5)A ,(4,3)B ,14OC OA =,12OD OB =,AD 与BC 交于M ,求点M 的坐标.4.已知点,,,O A B C 的坐标分别为(0,0), (3,4),(1,2)- (1,1)是否存在常数t ,使OA tOB OC +=成立?解释你所得结论的几何意义.㈤ 课堂小结 1.向量坐标定义;2.向量的坐标运算法则:已知11(,)a x y =,22(,)b x y =1212(,)a b x x y y +=++,1212(,)a b x x y y -=--,11(,)a x y λλλ=3.若),(11y x A ,22(,)B x y ,则2121(,)AB x x y y =--; 4.平面向量共线的坐标表示若11(,)a x y =,22(,)b x y =,那么1221//(0)0a b a x y x y ≠⇔-=. ㈥ 课后作业1.书P101 习题2.3 A 组 1,3,7 B 组 2; 2.课时训练. ㈦ 教后反思。
2.3.4平面向量共线的坐标表示学习目标1.理解用坐标表示的平面向量共线的条件.2.能根据平面向量的坐标,判断向量是否共线.3.掌握三点共线的判断方法.知识点 平面向量共线的坐标表示1.设a =(x 1,y 1),b =(x 2,y 2),其中b ≠0,a ,b 共线,当且仅当存在实数λ,使a =λb . 2.如果用坐标表示,可写为(x 1,y 1)=λ(x 2,y 2),当且仅当x 1y 2-x 2y 1=0时,向量a ,b (b ≠0)共线.注意:向量共线的坐标形式极易写错,如写成x 1y 1-x 2y 2=0或x 1x 2-y 1y 2=0都是不对的,因此要理解并熟记这一公式,可简记为:纵横交错积相减.1.若向量a =(x 1,y 1),b =(x 2,y 2),且a ∥b ,则x 1y 1=x 2y 2.( × )提示 当y 1y 2=0时不成立.2.若向量a =(x 1,y 1),b =(x 2,y 2),且x 1y 1-x 2y 2=0,则a ∥b .( × ) 3.若向量a =(x 1,y 1),b =(x 2,y 2),且x 1y 2-x 2y 1=0,则a ∥b .( √ )4.向量a=(1,2)与向量b=(4,8)共线.(√)题型一向量共线的判定例1(1)下列各组向量中,共线的是()A.a=(-2,3),b=(4,6)B.a=(2,3),b=(3,2)C.a=(1,-2),b=(7,14)D.a=(-3,2),b=(6,-4)考点平面向量共线的坐标表示题点向量共线的判定答案 D解析A选项,(-2)×6-3×4=-24≠0,∴a与b不平行;B选项,2×2-3×3=4-9=-5≠0,∴a与b不平行;C选项,1×14-(-2)×7=28≠0,∴a与b不平行;D选项,(-3)×(-4)-2×6=12-12=0,∴a∥b,故选D.(2)在下列向量组中,可以把向量a=(-3,7)表示出来的是() A.e1=(0,1),e2=(0,-2)B.e1=(1,5),e2=(-2,-10)C.e1=(-5,3),e2=(-2,1)D.e1=(7,8),e2=(-7,-8)考点 平面向量共线的坐标表示 题点 向量共线的判定 答案 C解析 平面内不共线的两个向量可以作基底,用它能表示此平面内的任何向量,因为A ,B ,D 都是两个共线向量,而C 不共线,故C 可以把向量a =(-3,7)表示出来.反思感悟 向量共线的判定题目应充分利用向量共线定理或向量共线的坐标条件进行判断,特别是利用向量共线的坐标条件进行判断时,要注意坐标之间的搭配. 跟踪训练1 下列各组向量中,能作为平面内所有向量基底的是( ) 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 考点 平面向量共线的坐标表示 题点 向量共线的判定与证明 答案 B解析 A 选项,∵e 1=0,e 1∥e 2,∴不可以作为基底;B 选项,∵-1×7-2×5=-17≠0,∴e 1与e 2不共线,故可以作为基底;C 选项,3×10-5×6=0,e 1∥e 2,故不可以作为基底;D 选项,2×⎝⎛⎭⎫-34-(-3)×12=0, ∴e 1∥e 2,不可以作为基底. 故选B.题型二 三点共线问题例2 已知A (1,-3),B ⎝⎛⎭⎫8,12,C (9,1),求证:A ,B ,C 三点共线. 考点 平面向量共线的坐标表示 题点 三点共线的判定与证明 证明 AB →=⎝⎛⎭⎫8-1,12+3=⎝⎛⎭⎫7,72, AC →=(9-1,1+3)=(8,4), ∵7×4-72×8=0,∴AB →∥AC →,且AB ,AC →有公共点A , ∴A ,B ,C 三点共线.反思感悟 (1)三点共线问题的实质是向量共线问题,两个向量共线只需满足方向相同或相反,两个向量共线与两个向量平行是一致的,利用向量平行证明三点共线需分两步完成:①证明向量平行.②证明两个向量有公共点.(2)若A ,B ,C 三点共线,即由这三个点组成的任意两个向量共线.跟踪训练2 已知OA →=(k ,2),OB →=(1,2k ),OC →=(1-k ,-1),且相异三点A ,B ,C 共线,则实数k =________.考点 向量共线的坐标表示的应用 题点 利用三点共线求参数 答案 -14解析 AB →=OB →-OA →=(1-k,2k -2), AC →=OC →-OA →=(1-2k ,-3), 由题意可知AB →∥AC →,所以(-3)×(1-k )-(2k -2)(1-2k )=0, 解得k =-14(k =1不合题意舍去).由向量共线求参数的值典例 已知a =(1,2),b =(-3,2),当k 为何值时,k a +b 与a -3b 平行?考点 向量共线的坐标表示的应用 题点 利用向量共线求参数解 方法一 k a +b =k (1,2)+(-3,2)=(k -3,2k +2), a -3b =(1,2)-3(-3,2)=(10,-4), ∵k a +b 与a -3b 平行,∴(k -3)×(-4)-10(2k +2)=0,解得k =-13.方法二 由方法一知k a +b =(k -3,2k +2), a -3b =(10,-4),当k a +b 与a -3b 平行时,存在唯一实数λ, 使k a +b =λ(a -3b ). 由(k -3,2k +2)=λ(10,-4).得⎩⎪⎨⎪⎧k -3=10λ,2k +2=-4λ,解得k =λ=-13.引申探究1.若本例条件不变,判断当k a +b 与a -3b 平行时,它们是同向还是反向? 解 由本例知当k =-13时,k a +b 与a -3b 平行,这时k a +b =-13a +b =-13(a -3b ),∵λ=-13<0,∴k a +b 与a -3b 反向.2.在本例中已知条件不变,若问题改为“当k 为何值时,a +k b 与3a -b 平行?”,又如何求k 的值?解 a +k b =(1,2)+k (-3,2)=(1-3k ,2+2k ), 3a -b =3(1,2)-(-3,2)=(6,4), ∵a +k b 与3a -b 平行, ∴(1-3k )×4-(2+2k )×6=0,解得k=-13.[素养评析](1)由向量共线求参数的值的方法(2)本题利用向量共线的坐标表示得到有关参数的方程(组),再解得参数的值,这正是数学核心素养数学运算的体现.1.已知向量a=(2,-1),b=(x-1,2),若a∥b,则实数x的值为()A.2 B.-2 C.3 D.-3考点向量共线的坐标表示的应用题点利用向量共线求参数答案 D解析因为a∥b,所以2×2-(-1)×(x-1)=0,得x=-3.2.与a =(12,5)平行的单位向量为( ) A.⎝⎛⎭⎫1213,-513 B.⎝⎛⎭⎫-1213,-513 C.⎝⎛⎭⎫1213,513或⎝⎛⎭⎫-1213,-513 D.⎝⎛⎭⎫±1213,±513 考点 向量共线的坐标表示的应用 题点 已知向量共线求向量的坐标 答案 C解析 设与a 平行的单位向量为e =(x ,y ),则⎩⎪⎨⎪⎧x 2+y 2=1,12y -5x =0,∴⎩⎨⎧x =1213,y =513或⎩⎨⎧x =-1213,y =-513.3.若a =(3,cos α),b =(3,sin α),且a ∥b ,则锐角α=______. 考点 向量共线的坐标表示的应用 题点 已知向量共线求参数 答案 π3解析 ∵a =(3,cos α),b =(3,sin α),a ∥b , ∴3sin α-3cos α=0,即tan α=3, 又α为锐角,故α=π3.4.已知三点A (1,2),B (2,4),C (3,m )共线,则m 的值为________. 考点 向量共线的坐标表示的应用 题点 利用三点共线求参数 答案 6解析 AB →=(2,4)-(1,2)=(1,2). AC →=(3,m )-(1,2)=(2,m -2).∵A ,B ,C 三点共线,即向量AB →,AC →共线, ∴1×(m -2)-2×2=0,∴m =6.5.已知梯形ABCD ,其中AB ∥CD ,且DC =2AB ,三个顶点A (1,2),B (2,1),C (4,2),则点D 的坐标为________.考点 向量共线的坐标表示的应用题点 利用向量共线求参数 答案 (2,4)解析 ∵在梯形ABCD 中,AB ∥CD ,DC =2AB , ∴DC →=2AB →.设点D 的坐标为(x ,y ),则DC →=(4,2)-(x ,y )=(4-x,2-y ), AB →=(2,1)-(1,2)=(1,-1),∴(4-x ,2-y )=2(1,-1),即(4-x ,2-y )=(2,-2),∴⎩⎪⎨⎪⎧ 4-x =2,2-y =-2,解得⎩⎪⎨⎪⎧x =2,y =4,故点D 的坐标为(2,4).1.两个向量共线条件的表示方法 已知a =(x 1,y 1),b =(x 2,y 2), (1)当b ≠0,a =λb . (2)x 1y 2-x 2y 1=0.(3)当x 2y 2≠0时,x 1x 2=y 1y 2,即两向量的相应坐标成比例.2.向量共线的坐标表示的应用(1)已知两个向量的坐标判定两向量共线.联系平面几何平行、共线知识,可以证明三点共线、直线平行等几何问题.要注意区分向量的共线、平行与几何中的共线、平行.(2)已知两个向量共线,求点或向量的坐标,求参数的值,求轨迹方程.要注意方程思想的应用,向量共线的条件,向量相等的条件等都可作为列方程的依据.一、选择题1.下列向量中,与向量c =(2,3)不共线的一个向量p 等于( ) A .(5,4) B.⎝⎛⎭⎫1,32 C.⎝⎛⎭⎫23,1D.⎝⎛⎭⎫13,12考点 平面向量共线的坐标表示 题点 向量共线的判定与证明 答案 A解析 因为向量c =(2,3),对于A,2×4-3×5=-7≠0,所以A 中向量与c 不共线. 2.下列各组向量中,能作为表示它们所在平面内所有向量的基底的是( ) A .e 1=(2,2),e 2=(1,1) B .e 1=(1,-2),e 2=(4,-8) C .e 1=(1,0),e 2=(0,-1) D .e 1=(1,-2),e 2=⎝⎛⎭⎫-12,1 考点 平面向量共线的坐标表示 题点 向量共线的判定与证明 答案 C解析 选项C 中,e 1,e 2不共线,可作为一组基底.3.已知向量a =(1,0),b =(0,1),c =k a +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 反向考点 向量共线的坐标表示的应用题点 利用向量共线求参数答案 D4.(2018·云南昆明联考)如果向量a =(k ,1),b =(4,k )共线且方向相反,则k 等于( )A .±2B .-2C .2D .0 考点 向量共线的坐标表示的应用题点 利用向量共线求参数答案 B解析 ∵a 与b 共线且方向相反,∴存在实数λ(λ<0),使得b =λa ,即(4,k )=λ(k ,1)=(λk ,λ),∴⎩⎪⎨⎪⎧ λk =4,k =λ, 解得⎩⎪⎨⎪⎧ k =-2,λ=-2或⎩⎪⎨⎪⎧k =2,λ=2(舍去). 5.已知向量a =(2,3),b =(-1,2),若(m a +n b )∥(a -2b ),则m n等于( ) A .-2 B .2 C .-12 D.12考点 向量共线的坐标表示的应用题点 利用向量共线求参数答案 C解析 由题意得m a +n b =(2m -n,3m +2n ),a -2b =(4,-1),∵(m a +n b )∥(a -2b ),∴-(2m -n )-4(3m +2n )=0,∴m n =-12,故选C. 6.已知向量a =(x,3),b =(-3,x ),则下列叙述中,正确的个数是( )①存在实数x ,使a ∥b ;②存在实数x ,使(a +b )∥a ;③存在实数x ,m ,使(m a +b )∥a ;④存在实数x ,m ,使(m a +b )∥b .A .0B .1C .2D .3考点 平面向量共线的坐标表示题点 向量共线的判定与证明答案 B解析 只有④正确,可令m =0,则m a +b =b ,无论x 为何值,都有b ∥b .7.已知向量OA →=(1,-3),OB →=(2,-1),OC →=(k +1,k -2),若A ,B ,C 三点不能构成三角形,则实数k 应满足的条件是( )A .k =-2B .k =12C .k =1D .k =-1 考点 向量共线的坐标表示的应用题点 利用三点共线求参数答案 C解析 因为A ,B ,C 三点不能构成三角形,则A ,B ,C 三点共线,则AB →∥AC →,又AB →=OB →-OA →=(1,2),AC →=OC →-OA →=(k ,k +1),所以2k -(k +1)=0,即k =1.8.已知平面向量a =(1,2),b =(-2,m ),且a ∥b ,则2a +3b 等于( )A .(-5,-10)B .(-4,-8)C .(-3,-6)D .(-2,-4) 考点 向量共线的坐标表示的应用题点 利用向量共线求参数答案 B解析 由题意,得m +4=0,所以m =-4.所以a =(1,2),b =(-2,-4),则2a +3b =2(1,2)+3(-2,-4)=(-4,-8).二、填空题9.已知向量a =(m,4),b =(3,-2),且a ∥b ,则m =______.考点 向量共线的坐标表示的应用题点 利用向量共线求参数答案 -6解析 因为a ∥b ,所以由(-2)×m -4×3=0,解得m =-6.10.已知AB →=(6,1),BC →=(4,k ),CD →=(2,1).若A ,C ,D 三点共线,则k =________.考点 向量共线的坐标表示的应用题点 利用三点共线求参数答案 4解析 因为AB →=(6,1),BC →=(4,k ),CD →=(2,1),所以AC →=AB →+BC →=(10,k +1).又A ,C ,D 三点共线,所以AC →∥CD →,所以10×1-2(k +1)=0,解得k =4.11.已知点A (4,0),B (4,4),C (2,6),O (0,0),则AC 与OB 的交点P 的坐标为________. 考点 向量共线的坐标表示的应用题点 利用三点共线求参数答案 (3,3)解析 由O ,P ,B 三点共线,可设OP →=λOB →=(4λ,4λ),则AP →=OP →-OA →=(4λ-4,4λ).又AC →=OC →-OA →=(-2,6),由AP →与AC →共线,得(4λ-4)×6-4λ×(-2)=0,解得λ=34, 所以OP →=34OB →=(3,3),所以点P 的坐标为(3,3). 12.设OA →=(2,-1),OB →=(3,0),OC →=(m ,3),若A ,B ,C 三点能构成三角形,则实数m 的取值范围是________.考点 向量共线的坐标表示的应用题点 利用三点共线求参数答案 {m |m ∈R 且m ≠6}解析 ∵A ,B ,C 三点能构成三角形,∴AB →,AC →不共线.又∵AB →=(1,1),AC →=(m -2,4),∴1×4-1×(m -2)≠0.解得m ≠6.∴m 的取值范围是{m |m ∈R 且m ≠6}.三、解答题13.平面上有A (2,-1),B (1,4),D (4,-3)三点,点C 在直线AB 上,且AC →=12BC →,连接DC 延长至E ,使|CE →|=14|ED →|,求点E 的坐标. 解 ∵AC →=12BC →,∴A 为BC 的中点,AC →=BA →, 设C (x C ,y C ),则(x C -2,y C +1)=(1,-5),∴x C =3,y C =-6,∴C 点的坐标为(3,-6),又|CE →|=14|ED →|,且E 在DC 的延长线上, ∴CE →=-14ED →,设E (x ,y ), 则(x -3,y +6)=-14(4-x ,-3-y ), 得⎩⎨⎧ x -3=-14(4-x ),y +6=-14(-3-y ),解得⎩⎪⎨⎪⎧x =83,y =-7. 故点E 的坐标是⎝⎛⎭⎫83,-7.14.如图所示,已知在△AOB 中,A (0,5),O (0,0),B (4,3),OC →=14OA →,OD →=12OB →,AD 与BC相交于点M ,求点M 的坐标.考点 向量共线的坐标表示的应用 题点 利用向量共线求点的坐标解 ∵OC →=14OA →=14(0,5)=⎝⎛⎭⎫0,54, ∴C ⎝⎛⎭⎫0,54. ∵OD →=12OB →=12(4,3)=⎝⎛⎭⎫2,32,∴D ⎝⎛⎭⎫2,32. 设M (x ,y ),则AM →=(x ,y -5),AD →=⎝⎛⎭⎫2-0,32-5=⎝⎛⎭⎫2,-72. ∵AM →∥AD →,∴-72x -2(y -5)=0,即7x +4y =20.① 又∵CM →=⎝⎛⎭⎫x ,y -54,CB →=⎝⎛⎭⎫4,74,CM →∥CB →, ∴74x -4⎝⎛⎭⎫y -54=0, 即7x -16y =-20.②联立①②,解得x =127,y =2, 故点M 的坐标为⎝⎛⎭⎫127,2.。