2018届高三理科数学一轮复习学案 平面向量的概念及线性运算
- 格式:doc
- 大小:860.50 KB
- 文档页数:11
第一节 平面向量的概念及线性运算突破点(一) 平面向量的有关概念名称 定义备注向量 既有大小又有方向的量叫做向量;向量的大小叫做向量的长度(或称模) 平面向量是自由向量,平面向量可自由平移零向量 长度为0的向量;其方向是任意的记作0单位向量 长度等于1个单位的向量 非零向量a 的单位向量为±a|a |平行向量方向相同或相反的非零向量,又叫做共线向量0与任一向量平行或共线 相等向量 长度相等且方向相同的向量 两向量只有相等或不等,不能比较大小相反向量 长度相等且方向相反的向量0的相反向量为0平面向量的有关概念[典例] (1)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 =-bB .a ∥bC .a =2bD .a ∥b 且|a |=|b |(2)设a 0为单位向量,下列命题中:①若a 为平面内的某个向量,则a =|a |·a 0;②若a 与a 0平行,则a =|a |a 0;③若a 与a 0平行且|a |=1,则a =a 0.假命题的个数是( )A .0B .1C .2D .3[解析] (1)因为向量a |a |的方向与向量a 相同,向量b |b |的方向与向量b 相同,且a |a |=b |b |,所以向量a 与向量b 方向相同,故可排除选项A ,B ,D.当a =2b 时,a |a |=2b |2b |=b|b |,故a =2b 是a |a |=b|b |成立的充分条件.(2)向量是既有大小又有方向的量,a 与|a |a 0的模相同,但方向不一定相同,故①是假命题;若a 与a 0平行,则a 与a 0的方向有两种情况:一是同向,二是反向,反向时a =-|a |a 0,故②③也是假命题.综上所述,假命题的个数是3.[答案] (1)C (2)D [易错提醒](1)两个向量不能比较大小,只可以判断它们是否相等,但它们的模可以比较大小; (2)大小与方向是向量的两个要素,分别是向量的代数特征与几何特征;(3)向量可以自由平移,任意一组平行向量都可以移到同一直线上.1.给出下列命题:①若|a|=|b|,则a=b;②若A,B,C,D是不共线的四点,则AB=DC是四边形ABCD为平行四边形的充要条件;③若a=b,b=c,则a=c;④a=b的充要条件是|a|=|b|且a∥b.其中正确命题的序号是()A.②③B.①②C.③④D.①④解析:选A①不正确.两个向量的长度相等,但它们的方向不一定相同.②正确.∵AB=DC,∴|AB|=|DC|且AB∥DC.又A,B,C,D是不共线的四点,∴四边形ABCD为平行四边形;反之,若四边形ABCD为平行四边形,则AB∥DC且|AB|=|DC|,因此,AB=DC.③正确.∵a=b,∴a,b的长度相等且方向相同,又b=c,∴b,c的长度相等且方向相同,∴a,c的长度相等且方向相同,故a=c.④不正确.当a∥b且方向相反时,即使|a|=|b|,也不能得到a=b,故|a|=|b|且a∥b不是a=b的充要条件,而是必要不充分条件.综上所述,正确命题的序号是②③.故选A.2.给出下列命题:①两个具有公共终点的向量,一定是共线向量;②两个向量不能比较大小,但它们的模能比较大小;③λa=0(λ为实数),则λ必为零;④λ,μ为实数,若λa=μb,则a与b共线.其中错误的命题的个数为()A.1B.2C.3D.4解析:选C①错误,两向量共线要看其方向而不是起点或终点.②正确,因为向量既有大小,又有方向,故它们不能比较大小,但它们的模均为实数,故可以比较大小.③错误,当a=0时,不论λ为何值,λa=0.④错误,当λ=μ=0时,λa=μb=0,此时,a与b可以是任意向量.错误的命题有3个,故选C.3.如图,设O是正六边形ABCDEF的中心,则图中与OC相等的向量有________.答案: AB , ED , FO4.如图,△ABC 和△A ′B ′C ′是在各边的13处相交的两个全等的等边三角形,设△ABC 的边长为a ,图中列出了长度均为a3的若干个向量,则(1)与向量GH 相等的向量有________;(2)与向量GH 共线,且模相等的向量有________;(3)与向量EA 共线,且模相等的向量有________.解析:向量相等⇔向量方向相同且模相等. 向量共线⇔表示有向线段所在的直线平行或重合.答案:(1) LB ', HC (2) EC ', LE , LB ',GB , HC (3) EF , FB , HA ', HK , KB '突破点(二) 平面向量的线性运算1.向量的线性运算2.平面向量共线定理向量b 与a (a ≠0)共线的充要条件是有且只有一个实数λ,使得b =λa .平面向量的线性运算[例1] (1)在△ABC 中, AB =c , AC =b .若点D 满足 BD =2 DC ,则AD =( )A.13b +23c B.53c -23b C.23b -13c D.23b +13c (2)在△ABC 中,N 是AC 边上一点且 AN =12NC ,P 是BN 上一点,若 AP =mAB +29AC ,则实数m 的值是________. [解析] (1)由题可知 BC = AC - AB =b -c ,∵ BD =2 DC ,∴ BD =23 BC =23(b-c ),则 AD = AB + BD =c +23(b -c )=23b +13c ,故选D.(2)如图,因为 AN =12 NC ,所以 AN =13AC ,所以 AP =mAB +29 AC =m AB +23 AN .因为B ,P ,N 三点共线,所以m +23=1,则m =13.[答案] (1)D (2)13[方法技巧]1.平面向量的线性运算技巧(1)不含图形的情况:可直接运用相应运算法则求解.(2)含图形的情况:将它们转化到三角形或平行四边形中,充分利用相等向量、相反向量、三角形的中位线等性质,把未知向量用已知向量表示出来求解.2.利用平面向量的线性运算求参数的一般思路 (1)没有图形的准确作出图形,确定每一个点的位置.(2)利用平行四边形法则或三角形法则进行转化,转化为要求的向量形式. (3)比较,观察可知所求.平面向量共线定理的应用[例2] 设两个非零向量a 和b 不共线.(1)若AB =a +b , BC =2a +8b , CD =3(a -b ).求证:A ,B ,D 三点共线.(2)试确定实数k ,使ka +b 和a +kb 共线.[解] (1)证明:因为AB =a +b , BC =2a +8b , CD =3(a -b ),所以 BD = BC + CD =2a +8b +3(a -b )=5(a +b )=5 AB ,所以 AB ,BD 共线. 又 AB 与BD 有公共点B ,所以A ,B ,D 三点共线. (2)因为ka +b 与a +kb 共线, 所以存在实数λ,使ka +b =λ(a +kb ),即⎩⎪⎨⎪⎧k =λ,1=λk ,解得k =±1. 即k =1或-1时,ka +b 与a +kb 共线. [方法技巧]平面向量共线定理的三个应用(1)证明向量共线:对于非零向量a ,b ,若存在实数λ,使a =λb ,则a 与b 共线.(2)证明三点共线:若存在实数λ,使AB =λ AC , AB 与 AC 有公共点A ,则A ,B ,C 三点共线.(3)求参数的值:利用向量共线定理及向量相等的条件列方程(组)求参数的值. [提醒] 证明三点共线时,需说明共线的两向量有公共点.1如图所示,下列结论正确的是( )① PQ =32a +32b ;② PT =32a -b ;③ PS =32a -12b ;④ PR =32a +b . A .①② B .③④ C .①③D .②④解析:选C 根据向量的加法法则,得 PQ =32a +32b ,故①正确;根据向量的减法法则,得 PT =32a -32b ,故②错误; PS = PQ + QS =32a +32b -2b =32a -12b ,故③正确;PR = PQ + QR =32a +32b -b =32a +12b ,故④错误.故选C.2.已知a ,b 是不共线的向量,AB =λa +b , AC =a +μb ,λ,μ∈R ,则A ,B ,C 三点共线的充要条件为( )A .λ+μ=2B .λ-μ=1C .λμ=-1D .λμ=1解析:选D ∵A ,B ,C 三点共线,∴ AB ∥ AC ,设AB =m AC (m ≠0),则λa +b=m (a +μb ),∴⎩⎪⎨⎪⎧λ=m ,1=mμ,∴λμ=1,故选D.3在平行四边形ABCD 中,E ,F 分别是BC ,CD 的中点,DE 交AF 于H ,记 AB , BC 分别为a ,b ,则AH =( )A.25a -45bB.25a +45b C .-25a +45bD .-25a -45b解析:选B 如图,过点F 作BC 的平行线交DE 于G ,则G 是DE 的中点,且 GF =12 EC =14 BC ,∴ GF =14AD ,则△AHD ∽△FHG ,从而 HF =14 AH ,∴ AH =45AF , AF = AD +DF =b+12a ,∴ AH =45⎝⎛⎭⎫b +12a =25a +45b ,故选B. 4.已知a ,b 是两个不共线的非零向量,且a 与b 起点相同.若a ,tb ,13(a +b )三向量的终点在同一直线上,则t =________.解析:∵a ,tb ,13(a +b )三向量的终点在同一条直线上,且a 与b 起点相同.∴a -tb与a -13(a +b )共线,即a -tb 与23a -13b 共线,∴存在实数λ,使a -tb =λ⎝⎛⎭⎫23a -13b ,∴⎩⎨⎧1=23λ,t =13λ,解得λ=32,t =12,若a ,tb ,13(a +b )三向量的终点在同一条直线上,则t =12.答案:12[全国卷5年真题1.(2015·全国卷)设D 为△ABC 所在平面内一点, BC =3CD ,则( )A . AD =-13 AB +43AC B . AD =13 AB -43ACC . AD =43 AB +13 AC D . AD =43 AB -13AC解析:选A AD = AC +CD = AC +13 BC = AC +13( AC - AB )=43 AC -13AB =-13 AB +43AC ,故选A.2.(2014·全国卷)设D ,E ,F 分别为△ABC 的三边BC ,CA ,AB 的中点,则 EB + FC=( )A . AD B.12 AD C . BC D.12BC解析:选A EB + FC =12( AB +CB )+12( AC + BC )=12( AB +AC )= AD ,故选A. 3.(2015·全国卷)设向量a ,b 不平行,向量λa +b 与a +2b 平行,则实数λ=________. 解析:∵λa +b 与a +2b 平行,∴λa +b =t (a +2b ),即λa +b =ta +2tb ,∴⎩⎪⎨⎪⎧λ=t ,1=2t ,解得⎩⎨⎧λ=12,t =12.答案:12[练基础小题——强化运算能力]1.在△ABC 中,已知M 是BC 中点,设 CB =a , CA =b ,则AM =( )A.12a -b B.12a +b C .a -12bD .a +12b解析:选A AM = AC + CM =- CA +12 CB =-b +12a ,故选A.2.已知O ,A ,B ,C 为同一平面内的四个点,若2 AC + CB =0,则向量OC 等于( )A.23 OA -13 OB B .-13 OA +23 OB C .2 OA - OB D .- OA +2 OB解析:选C 因为 AC = OC - OA , CB = OB - OC ,所以2 AC + CB =2(OC - OA )+( OB - OC )= OC -2 OA + OB =0,所以 OC =2 OA - OB .3.在四边形ABCD 中,AB =a +2b , BC =-4a -b , CD =-5a -3b ,则四边形ABCD的形状是( )A .矩形B .平行四边形C .梯形D .以上都不对解析:选C 由已知得, AD = AB + BC +CD =a +2b -4a -b -5a -3b =-8a -2b=2(-4a -b )=2 BC ,故 AD ∥ BC .又因为 AB 与CD 不平行,所以四边形ABCD 是梯形.4.已知向量a ,b ,c 中任意两个都不共线,但a +b 与c 共线,且b +c 与a 共线,则向量a +b +c =( )A .aB .bC .cD .0解析:选D 依题意,设a +b =mc ,b +c =na ,则有(a +b )-(b +c )=mc -na ,即a -c =mc -na .又a 与c 不共线,于是有m =-1,n =-1,a +b =-c ,a +b +c =0.5.已知△ABC 和点M 满足 MA + MB + MC =0.若存在实数m 使得 AB +AC =mAM 成立,则m =________.解析:由 MA + MB +MC =0知,点M 为△ABC 的重心,设点D 为底边BC 的中点,则 AM =23 AD =23×12( AB + AC )=13( AB + AC ),所以 AB + AC =3AM ,故m =3.答案:3[练常考题点——检验高考能力] 一、选择题1.设M 是△ABC 所在平面上的一点,且 MB +32 MA +32MC =0,D 是AC 的中点,则|MD || BM |的值为( ) A.13 B.12C .1D .2解析:选A ∵D 是AC 的中点,如图,延长MD 至E ,使得DE =MD ,∴四边形MAEC为平行四边形,∴ MD =12 ME =12( MA + MC ),∴ MA + MC =2 MD .∵ MB +32MA +32 MC =0,∴ MB =-32( MA + MC )=-3 MD ,∴ BM =3 MD ,∴| MD || BM |=|MD ||3 MD |=13,故选A. 2.在△ABC 中, BD =3 DC ,若 AD =λ1AB +λ2 AC ,则λ1λ2的值为( )A.116B.316C.12D.109解析:选B 由题意得, AD = AB + BD = AB +34 BC = AB +34( AC - AB )=14 AB +34 AC ,∴λ1=14,λ2=34,∴λ1λ2=316.3.设D ,E ,F 分别是△ABC 的三边BC ,CA ,AB 上的点,且 DC =2BD , CE =2 EA , AF =2 FB ,则 AD + BE + CF 与BC ( )A .反向平行B .同向平行C .互相垂直D .既不平行也不垂直解析:选A 由题意得 AD = AB + BD = AB +13 BC , BE = BA + AE = BA +13AC , CF = CB + BF = CB +13 BA ,因此 AD + BE + CF =CB +13( BC + AC - AB )= CB +23 BC =-13BC ,故 AD + BE + CF 与 BC 反向平行.4.已知点O 为△ABC 外接圆的圆心,且 OA + OB +CO =0,则△ABC 的内角A 等于( )A .30°B .45°C .60°D .90°解析:选A 由 OA + OB + CO =0,得 OA + OB =OC ,由O为△ABC 外接圆的圆心,可得| OA |=| OB |=|OC |.设OC 与AB 交于点D ,如图,由 OA + OB = OC 可知D 为AB 的中点,所以 OC =2OD ,D 为OC 的中点.又由| OA |=|OB |可知OD ⊥AB ,即OC ⊥AB ,所以四边形OACB 为菱形,所以△OAC 为等边三角形,即∠CAO =60°,故A =30°.5.已知点G 是△ABC 的重心,过点G 作一条直线与AB ,AC 两边分别交于M ,N 两点,且 AM =x AB , AN =y AC ,则xy x +y的值为( )A .3 B.13 C .2 D.12解析:选B 由已知得M ,G ,N 三点共线,所以 AG =λ AM +(1-λ) AN =λxAB +(1-λ)y AC .∵点G 是△ABC 的重心,∴ AG =23×12( AB + AC )=13( AB +AC ),∴⎩⎨⎧λx =13,(1-λ)y =13,即⎩⎨⎧λ=13x,1-λ=13y,得13x +13y =1,即1x +1y =3,通分得x +y xy =3,∴xy x +y =13. 6.若点M 是△ABC 所在平面内的一点,且满足5 AM =AB +3 AC ,则△ABM 与△ABC 的面积的比值为( )A.15B.25C.35D.45解析:选C 设AB 的中点为D ,如图,连接MD ,MC ,由5 AM= AB +3 AC ,得5 AM =2 AD +3 AC ①,即 AM =25 AD +35 AC ,即25+35=1,故C ,M ,D 三点共线,又 AM = AD + DM ②,①②联立,得5DM =3 DC ,即在△ABM与△ABC 中,边AB 上的高的比值为35,所以△ABM 与△ABC 的面积的比值为35.二、填空题7.已知D ,E ,F 分别为△ABC 的边BC ,CA ,AB 的中点,且 BC =a ,CA =b ,给出下列命题:① AD =12a -b ;② BE =a +12b ;③ CF =-12a +12b ;④ AD + BE + CF =0.其中正确命题的个数为________.解析:由 BC =a , CA =b 可得 AD =12 CB + AC =-12a -b , BE = BC +12CA =a+12b , CF =12( CB + CA )=12(-a +b )=-12a +12b , AD + BE + CF =-12a -b +a +12b -12a +12b =0,所以①错,②③④正确.所以正确命题的个数为3. 答案:38.若| AB |=| AC |=| AB - AC |=2,则| AB +AC |=________.解析:∵| AB |=| AC |=| AB - AC |=2,∴△ABC 是边长为2的正三角形,∴|AB + AC |为△ABC 的边BC 上的高的2倍,∴| AB + AC |=2×2sin π3=2 3.答案:2 39.若点O 是△ABC 所在平面内的一点,且满足| OB - OC |=| OB + OC -2OA |,则△ABC 的形状为________.解析:因为 OB + OC -2 OA = OB - OA + OC - OA = AB + AC , OB -OC = CB = AB - AC ,所以| AB + AC |=| AB - AC |,即 AB · AC =0,故AB ⊥ AC ,△ABC 为直角三角形.答案:直角三角形10.在直角梯形ABCD 中,∠A =90°,∠B =30°,AB =23,BC =2,点E 在线段CD上,若 AE = AD +μAB ,则μ的取值范围是________.解析:由题意可求得AD =1,CD =3,所以 AB =2 DC .∵点E 在线段CD 上,∴DE =λ DC (0≤λ≤1).∵ AE = AD + DE ,又 AE = AD +μ AB = AD +2μ DC = AD +2μλ DE ,∴2μλ=1,即μ=λ2.∵0≤λ≤1,∴0≤μ≤12,即μ的取值范围是⎣⎡⎦⎤0,12.答案:⎣⎡⎦⎤0,12 三、解答题11.如图,以向量 OA =a , OB =b 为邻边作▱OADB , BM =13 BC , CN =13CD ,用a ,b 表示 OM , ON , MN .解:∵ BA = OA - OB =a -b , BM =16 BA =16a -16b , ∴ OM = OB + BM =b +⎝⎛⎭⎫16a -16b =16a +56b .又∵ OD =a +b ,∴ ON = OC +13 CD =12 OD +16OD =23 OD =23a +23b , ∴ MN = ON - OM =23a +23b -16a -56b =12a -16b . 综上, OM =16a +56b , ON =23a +23b , MN =12a -16b . 12.如图所示,在△ABC 中,D ,F 分别是BC ,AC 的中点, AE =23AD , AB =a , AC =b .(1)用a ,b 表示向量 AD , AE , AF , BE , BF ;(2)求证:B ,E ,F 三点共线.解:(1)延长AD 到G , 使 AD =12AG , 连接BG ,CG ,得到▱ABGC ,如图,所以 AG = AB + AC =a +b AD =12 AG =12(a +b ), AE =23 AD =13(a +b ), AF =12 AC =12b ,BE = AE - AB =13(a +b )-a =13(b -2a ),BF = AF - AB =12b -a =12(b -2a ).(2)证明:由(1)可知 BE =23BF , 又因为 BE , BF 有公共点B , 所以B ,E ,F 三点共线.。