平面向量共线的坐标表示 课件
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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? 平面向量共线的坐标表示前提条件 a =(x 1,y 1),b =(x 2,y 2),其中b ≠0 结论当且仅当x 1y 2-x 2y 1=0时,向量a 、b (b ≠0)共线[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 .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.eq C .-2 D .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向量共线的判定[典例] (1)已知向量a ( ) A.eqB.eqB.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.向量共线的判定方法(1)利用向量共线定理,由a =λb (b ≠0)推出a ∥b .(2)利用向量共线的坐标表达式x 1y 2-x 2y 1=0直接求解. [活学活用]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.三点共线问题[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.有关三点共线问题的解题策略(1)要判断A,B,C三点是否共线,一般是看AB与BC,或AB与AC,或AC与BC是否共线,若共线,则A,B,C三点共线;(2)使用A,B,C三点共线这一条件建立方程求参数时,利用AC=λBC,或AB=λBC,或AB=λAC都是可以的,但原则上要少用含未知数的表达式.[活学活用]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x2=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.向量共线在几何中的应用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.eqC.eqD .-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 .-3 B .2 C .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,x2),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+x2),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.。
授课主题平面向量共线的坐标表示 教学目标 1.理解向量共线定理.2.掌握两个向量平行(共线)的坐标表示和会应用其求解有关两向量共线问题.教学内容1.向量共线定理1)向量a 与非零向量b 共线的条件是当且仅当存在实数λ,使a =λb2)为什么要规定b 为非零向量?答:若向量b =0,则由向量a ,b 共线得a =λb =0,但向量a 不一定为零向量.2.两个向量平行(共线)的坐标表示1)设非零向量a =(x 1,y 1),b =(x 2,y 2),则a ∥b 等价于x 1y 2-x 2y 1=02)设非零向量a =(x 1,y 1),b =(x 2,y 2),则a ∥b ⇔x 1x 2=y 1y 2要满足什么条件? 答:a ∥b ⇔x 1x 2=y 1y 2的适用范围是x 2≠0,y 2≠0,这与要求b 是非零向量是等价的.题型一 平面向量共线的坐标运算例1 若向量a =()2,-1,b =()x ,2 ,c =()-3,y ,且a ∥b ∥c ,求x ,y 的值.分析:由平面向量共线的坐标运算可得.解析:∵a ∥b ∥c ,由向量共线的坐标表示得∴⎩⎪⎨⎪⎧ 4+x =0,2y -3=0,解得⎩⎪⎨⎪⎧ x =-4,y =32.点评:记住已知a =()x 1,y 1,b =()x 2,y 2,则a ∥b ⇔x 1y 2-x 2y 1=0.巩 固 已知a =(1,0),b =(2,1),当实数k 为何值时,向量k a -b 与a +3b 平行?并确定此时它们是同向还是反向.分析:先求出向量k a -b 与a +3b 的坐标,然后根据向量共线条件可求解.解析:∵ a =(1,0),b =(2,1),∴k a -b =k ()1,0-()2,1=()k -2,-1,a +3b =()1,0+3()2,1=()7,3.∵向量k a -b 与a +3b 平行,∴3()k -2+7=0,解得k =-13. ∵k =-13,k a -b =-13(a +3b ), 所以向量k a -b 与a +3b 反向.题型二 平面向量共线的证明例2 已知A (-1,-1),B (1,3),C (2,5),求证A 、B 、C 三点共线.分析:证向量AB →与AC →共线.证明:∵ A (-1,-1),B (1,3),C (2,5),∴AB →=()2,4,AC →=()3,6.∴AB →=23AC →. ∵AB →,AC →有公共点A ,∴A 、B 、C 三点共线.点评: 通过证有公共点的两向量共线,从而证得三点共线.巩 固 已知OA →=()k ,12,OB →=()4,5,OC →=()10,k ,当k 为何值时,A 、B 、C 三点共线?分析:由A 、B 、C 三点共线,可得AB →与BC →共线.解析:∵OA →=()k ,12,OB →=()4,5,OC →=()10,k ,∴AB →=()4-k ,-7,BC →=()6,k -5.∵A 、B 、C 三点共线,∴()4-k ()k -5+42=0.解得k =11或k =-2.题型三 用共线向量的性质求坐标例3 若M ()3,-2,N ()-5,-1, 且 MP →=12MN →,则P 点的坐标是________. 分析:设P ()x ,y ,由MP →=12MN →可求解. 解析:设P ()x ,y ,则MN →=()-8,1,MP →=()x -3,y +2.∵ MP →=12MN →,∴()x -3,y +2=12()-8,1=⎝⎛⎭⎫-4,12⇒x =-1,y =-32. ∴P ⎝⎛⎭⎫-1,-32. 答案:⎝⎛⎭⎫-1,-32 点评:把求点的坐标转化为向量共线问题.巩 固 若M ()3,-2,N ()-5,-1,且MP →=-2MN → , 则P 点的坐标是________.解析:设P ()x ,y ,则MN →=()-8,1,MP →=()x -3,y +2.∵ MP →=-2MN →,∴()x -3,y +2=-2()-8,1=(16,-2).解得P ()19,-4.答案:()19,-4题型四 共线向量的综合应用例4 如果向量AB →=i -2j ,BC →=i +m j ,其中i 、j 分别是x 轴、y 轴正方向上的单位向量,试确定实数m 的值使A 、B 、C 三点共线.分析:把向量AB →=i -2j 和BC →=i +m j 转化为坐标表示,再根据向量共线条件求解.解析:∵AB →=i -2j ,BC →=i +m j ,∴AB →=()1,-2,BC →=()1,m .∵ A 、B 、C 三点共线,即向量AB →与BC →共线,∴m +2=0,解得m =-2.点评:向量共线的几何表示与代数表示形式不同但实质一样,在解决问题时注意选择使用.巩 固 已知A ()1,1,B ()3,-1,C ()a ,b .(1)若A 、B 、C 三点共线,求a ,b 的关系式;(2)若AC →=2AB →,求点C 的坐标.解析:(1)AB →=()2,-2,AC →=()a -1,b -1,∵A 、B 、C 三点共线,∴AB →与AC →共线.∴2()b -1+2()a -1=0,即a +b =2.(2)∵AC →=2AB →,∴()a -1,b -1=2()2,-2⇒a =5,b =-3.∴C ()5,-3.1.若a =(2,3),b =(4,-1+y ),且a ∥b ,则y =( )A .6B .5C .7D .8答案:C2.已知点M 是线段AB 上的一点,点P 是平面上任意一点,PM →=35P A →+25PB →,若AM →=λMB →,则λ等于( ) A.35 B.25 C.32 D.23解析:用P A →,PB →表示向量AM →,MB →.∵AM →=AP →+PM →=AP →+35P A →+25PB →=-25P A →+25PB →,MB →=MP →+PB →=-PM →+PB →=-35P A →+25PB →+PB →=-35P A →+35PB →,∴AM →=23AB →. 答案:D3.已知▱ABCD 四个顶点的坐标为A (5,7),B (3,x ),C (2,3),D (4,x ),则x =__________.答案:54.已知两点A (1,3)、B (4,-1),则与向量AB →同向的单位向量是( )A.⎝⎛⎭⎫35,-45B.⎝⎛⎭⎫45,-35 C.⎝⎛⎭⎫-35,45 D.⎝⎛⎭⎫-45,35 解析:AB →=(3,-4),则与其同方向的单位向量e =AB →|AB →|=15(3,-4)=⎝⎛⎭⎫35,-45. 答案:A5.已知A ()-2,-3,B ()2,1,C ()1,4,D ()-7,-4,判断AB →与CD →是否共线.解析:∵AB →=(4,4),CD →=(-8,-8),∴AB →=-12CD →. ∴AB →与CD →共线.6.已知A (-1,-1),B (1,3),C (1,5) ,D (2,7) ,向量AB →与CD →平行吗?直线AB 平行于直线CD 吗?解析:AB →=()2,4,CD →=()1,2,AB →=2CD →,所以向量AB →与CD →平行,即直线AB 平行于直线CD .7.已知点A (x,0),B (2x,1),C (2,x ),D (6,2x ).(1)求实数x 的值,使向量AB →与CD →共线.解析:AB →=()x ,1,CD →=()4,x ,∵向量AB →与CD →共线,∴x 2-4=0,解得x =±2.(2)当向量AB →与CD →共线时,点A ,B ,C ,D 是否在一条直线上?解析:x =2时,不在同一条直线上;x =-2时,在同一条直线x +2y +2=0上.8.△AB C 的顶点A 、B 、C 分别对应向量a =()x 1,y 1,b =()x 2,y 2,c =()x 3,y 3其重心为G ,对应的向量为g =()x 0,y 0.求证:x 0=x 1+x 2+x 33,y 0=y 1+y 2+y 33. 证明:设AD 为BC 边的中线,O 为坐标原点.则OG →=OA →+AG →=OA →+23AD →=OA →+13()AB →+AC →=OA →+13()OB →-OA →+OC →-OA →=13()OA →+OB →+OC →. ∵A (x 1,y 1),B (x 2,y 2),C (x 3,y 3),G (x 0,y 0)∴x 0=x 1+x 2+x 33,y 0=y 1+y 2+y 33. 9.已知a =(cos α,sin α),b =(cos β,sin β),0<β<α<π.(1)若|a -b |=2,求证:a ⊥b ;(2)设c =(0,1),若a +b =c ,求α,β的值.分析:(1)只需证明a ·b =0即可;(2)由已知条件得到cos α+cos β,sin α+sin β的值,然后再利用诱导公式得到α,β间的关系即可求得α,β的值.(1)证明:由题意得|a -b |2=2,即(a -b )2=a 2-2a ·b +b 2=2.又因为a 2=b 2=|a |2=|b |2=1,所以2-2a ·b =2,即a ·b =0,故a ⊥b .(2)解析:因为a +b =(co s α+cos β,sin α+sin β)=(0,1),所以⎩⎪⎨⎪⎧cos α+cos β=0, sin α+sin β=1, 由此得,cos α=cos ()π-β,由0<β<π,得0<π-β<π.又0<α<π,故α=π-β.代入sin α+sin β=1,得sin α=sin β=12,而α>β,所以α=5π6,β=π6.。