平面向量数量积的物理背景及其含义
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2.4.1 平面向量数量积的物理背景及其含义自主学习知识梳理1.平面向量数量积(1)定义:已知两个非零向量a 与b ,我们把数量____________叫做a 与b 的数量积(或内积),记作a ·b ,即a ·b =|a ||b |cos θ,其中θ是a 与b 的夹角.(2)规定:零向量与任一向量的数量积为______.(3)投影:设两个非零向量a 、b 的夹角为θ,则向量a 在b 方向的投影是______________,向量b 在a 方向上的投影是__________.2.数量积的几何意义a ·b 的几何意义是数量积a ·b 等于a 的长度|a |与b 在a 的方向上的投影__________的乘积.3.向量数量积的运算律(1)a·b =________(交换律);(2)(λa )·b =________=__________(结合律);(3)(a +b )·c =__________(分配律).自主探究根据向量数量积的定义,补充完整数量积的性质.设a 与b 都是非零向量,θ为a 与b 的夹角.(1)a ⊥b ⇔__________;(2)当a 与b 同向时,a·b =________,当a 与b 反向时,a·b =________;(3)a·a =__________或|a |=a·a =a 2;(4)cos θ=__________;(5)|a·b |≤__________.对点讲练知识点一 求两向量的数量积例1 已知|a |=4,|b |=5,当(1)a ∥b ;(2)a ⊥b ;(3)a 与b 的夹角为30°时,分别求a 与b 的数量积.回顾归纳 求平面向量数量积的步骤是:①求a 与b 的夹角θ,θ∈[0°,180°];②分别求|a|和|b|;③求数量积,即a·b =|a|·|b|·cos θ,要特别注意书写时a 与b 之间用实心圆点“·”连结,而不能用“×”连结,也不能省去.变式训练1 已知正三角形ABC 的边长为1,求:(1)AB →·AC →;(2)AB →·BC →;(3)BC →·AC →.知识点二 求向量的模长例2 已知|a |=|b |=5,向量a 与b 的夹角为π3,求|a +b |,|a -b |.回顾归纳 此类求解模问题一般转化为求模平方,与向量数量积联系,要灵活应用a 2=|a |2,勿忘记开方.变式训练2 已知|a |=|b |=1,|3a -2b |=3,求|3a +b |.知识点三 向量的夹角或垂直问题例3 设n 和m 是两个单位向量,其夹角是60°,求向量a =2m +n 与b =2n -3m 的夹角.回顾归纳 求向量夹角时,应先根据公式把涉及到的量先计算出来再代入公式求角,注意向量夹角的范围是[0,π].变式训练3 已知|a |=5,|b |=4,且a 与b 的夹角为60°,则当k 为何值时,向量k a -b 与a +2b 垂直?1.两向量a 与b 的数量积是一个实数,不是一个向量,其值可以为正(当a ≠0,b ≠0,0°≤θ<90°时),也可以为负(当a ≠0,b ≠0,90°<θ≤180°时),还可以为0(当a =0或b =0或θ=90°时).2.数量积对结合律一般不成立,因为(a ·b )·c =|a ||b |·cos 〈a ,b 〉·c 是一个与c 共线的向量,而(a ·c )·b =|a |·|c |cos 〈a ,c 〉·b 是一个与b 共线的向量,两者一般不同.3.向量b 在a 上的投影不是向量而是数量,它的符号取决于θ角,注意a 在b 方向上的投影与b 在a 方向上的投影是不同的,应结合图形加以区分.课时作业一、选择题1.|a |=2,|b |=4,向量a 与向量b 的夹角为120°,则向量a 在向量b 方向上的投影等于( )A .-3B .-2C .2D .-12.已知a ⊥b ,|a |=2,|b |=3,且3a +2b 与λa -b 垂直,则λ等于( )A.32 B .-32 C .±32D .1 3.在边长为1的等边△ABC 中,设BC →=a ,CA →=b ,AB →=c ,则a·b +b·c +c·a 等于( )A .-32B .0 C.32D .3 4.设非零向量a 、b 、c 满足|a |=|b |=|c |,a +b =c ,则〈a ,b 〉等于( )A .150°B .120°C .60°D .30°5.若向量a 与b 的夹角为60°,|b |=4,(a +2b )·(a -3b )=-72,则向量a 的模为( )A .2B .4C .6D .12二、填空题6.已知向量a ,b 且|a |=5,|b |=3,|a -b |=7,则a·b =________.7.已知向量a 与b 的夹角为120°,且|a |=|b |=4,那么b ·(2a +b )的值为________.8.已知a 是平面内的单位向量,若向量b 满足b·(a -b )=0,则|b |的取值范围是________.三、解答题9.已知|a |=4,|b |=3,当(1)a ∥b ;(2)a ⊥b ;(3)a 与b 的夹角为60°时,分别求a 与b 的数量积.10.已知|a |=1,|b |=1,a ,b 的夹角为120°,计算向量2a -b 在向量a +b 方向上的投影.§2.4 平面向量的数量积2.4.1 平面向量数量积的物理背景及其含义答案知识梳理1.(1)|a ||b |·cos θ (2)0 (3)|a |cos θ |b |cos θ2.|b |cos θ3.(1)b·a (2)λ(a·b ) a ·(λb ) (3)a·c +b·c自主探究(1)a·b =0 (2)|a||b | -|a||b | (3)|a |2(4)a·b |a||b |(5)|a||b | 对点讲练例1 解 (1)a ∥b ,若a 与b 同向,则θ=0°,a ·b =|a |·|b |·cos 0°=4×5=20;若a 与b 反向,则θ=180°,∴a ·b =|a |·|b |cos 180°=4×5×(-1)=-20.(2)当a ⊥b 时,θ=90°,∴a ·b =|a |·|b |cos 90°=0.(3)当a 与b 的夹角为30°时,a ·b =|a |·|b |cos 30°=4×5×32=10 3. 变式训练1 解 (1)∵AB →与AC →的夹角为60°. ∴AB →·AC →=|AB →||AC →|cos 60°=1×1×12=12. (2)∵AB →与BC →的夹角为120°.∴AB →·BC →=|AB →||BC →|cos 120°=1×1×⎝⎛⎭⎫-12=-12. (3)∵BC →与AC →的夹角为60°,∴BC →·AC →=|BC →||AC →|cos 60°=1×1×12=12. 例2 解 a·b =|a||b |cos θ=5×5×12=252. |a +b |=(a +b )2=|a |2+2a·b +|b |2= 25+2×252+25=5 3. |a -b |=(a -b )2=|a |2-2a·b +|b |2= 25-2×252+25=5. 变式训练2 解 由|3a -2b |=3,得9|a |2-12a·b +4|b |2=9,∵|a |=|b |=1,∴a·b =13, ∴|3a +b |=(3a +b )2=9|a |2+6a·b +|b |2=2 3.例3 解 ∵|n |=|m |=1且m 与n 夹角是60°,∴m·n =|m||n |cos 60°=1×1×12=12. |a |=|2m +n |=(2m +n )2=4×1+1+4m·n= 4×1+1+4×12=7, |b |=|2n -3m |=(2n -3m )2=4×1+9×1-12m·n= 4×1+9×1-12×12=7, a·b =(2m +n )·(2n -3m )=m·n -6m 2+2n 2=12-6×1+2×1=-72. 设a 与b 的夹角为θ,则cos θ=a·b |a||b |=-727×7=-12. 又θ∈[0,π],∴θ=2π3,故a 与b 的夹角为2π3. 变式训练3 解 要想(k a -b )⊥(a +2b ),则需(k a -b )·(a +2b )=0,即k |a |2+(2k -1)a·b -2|b |2=0,∴52k +(2k -1)×5×4×cos 60°-2×42=0,解得k =1415,即当k =1415时,向量k a -b 与a +2b 垂直. 课时作业1.D [a 在b 方向上的投影是|a |cos θ=2×cos 120°=-1.]2.A [∵(3a +2b )·(λa -b )=3λa 2+(2λ-3)a·b -2b 2=3λa 2-2b 2=12λ-18=0.∴λ=32.] 3.A [a·b =BC →·CA →=-CB →·CA →=-|CB →||CA →|cos 60°=-12. 同理b·c =-12,c·a =-12, ∴a·b +b·c +c·a =-32.] 4.B [∵a +b =c ,∴|c |2=|a +b |2=a 2+2a ·b +b 2.又|a |=|b |=|c |,∴2a ·b =-b 2,即2|a ||b |cos 〈a ,b 〉=-|b |2.∴cos 〈a ,b 〉=-12,∴〈a ,b 〉=120°.] 5.C [∵a·b =|a|·|b |·cos 60°=2|a |,∴(a +2b )·(a -3b )=|a |2-6|b |2-a·b=|a |2-2|a |-96=-72.∴|a |=6.]6.-152解析 |a -b |2=|a |2-2a·b +|b |2=49,∴a·b =-152. 7.0解析 b ·(2a +b )=2a·b +|b |2=2×4×4×cos 120°+42=0.8.[0,1]解析 b·(a -b )=a·b -|b |2=|a|·|b |cos θ-|b |2=0,∵a 是单位向量,∴|a |=1,∴|b |=|a |cos θ=cos θ (θ为a 与b 的夹角),θ∈[0,π], ∴0≤|b |≤1.9.解 (1)当a ∥b 时,若a 与b 同向,则a 与b 的夹角θ=0°, ∴a·b =|a||b |·cos θ=4×3×cos 0°=12.若a 与b 反向,则a 与b 的夹角为θ=180°,∴a·b =|a||b |cos 180°=4×3×(-1)=-12.(2)当a ⊥b 时,向量a 与b 的夹角为90°,∴a·b =|a||b |·cos 90°=4×3×0=0.(3)当a 与b 的夹角为60°时,∴a·b =|a||b |·cos 60°=4×3×12=6. 10.解 (2a -b )·(a +b )=2a 2+2a ·b -a ·b -b 2=2a 2+a ·b -b 2=2×12+1×1×cos 120°-12=12. |a +b |=(a +b )2=a 2+2a ·b +b 2=1+2×1×1×cos120°+1=1.∴|2a -b |cos 〈2a -b ,a +b 〉 =|2a -b |·(2a -b )·(a +b )|2a -b |·|a +b |=(2a -b )·(a +b )|a +b |=12. ∴向量2a -b 在向量a +b 方向上的投影为12.。
平面向量数量积的物理背景及其含义教案章节:一、向量数量积的定义及计算公式【教学目标】1. 了解平面向量数量积的定义及其物理意义;2. 掌握平面向量数量积的计算公式;3. 能够运用向量数量积解决实际问题。
【教学内容】1. 向量数量积的定义:两个向量相乘的结果称为向量数量积,记作a·b,其中a、b为平面向量。
2. 向量数量积的物理意义:表示两个向量在空间中的投影长度乘积。
3. 向量数量积的计算公式:a·b = |a||b|cosθ,其中|a|、|b|分别为向量a、b的长度,θ为向量a、b之间的夹角。
【教学过程】1. 引入新课:通过讲解物理中力的作用效果,引导学生思考力的方向和大小对作用效果的影响,从而引出向量数量积的概念。
2. 讲解向量数量积的定义:结合图形,解释向量数量积的含义,让学生理解它是两个向量在空间中的投影长度乘积。
3. 推导向量数量积的计算公式:引导学生利用向量的长度和夹角,推导出向量数量积的计算公式。
4. 应用实例:让学生运用向量数量积的计算公式,解决实际问题,如力的合成与分解。
【课堂练习】1. 已知两个向量a、b,长度分别为|a|=3,|b|=4,夹角为θ=60°,求向量a与向量b的数量积。
2. 如图,在直角坐标系中,向量OA=(2,3),向量OB=(4,6),求向量OA与向量OB的数量积。
教案章节:二、向量数量积的性质及运算规律【教学目标】1. 掌握向量数量积的性质;2. 熟悉向量数量积的运算规律。
【教学内容】1. 向量数量积的性质:(1)交换律:a·b = b·a;(2)分配律:a·(b+c) = a·b + a·c;(3)数乘律:k·a = a·k(k为实数)。
2. 向量数量积的运算规律:(1)结合律:(a·b)·c = a·(b·c);(2)分配律:(a+b)·c = a·c + b·c。
高一数学必修4第二章平面向量数量积的物理背景及其含义平遥中学史宏刚一、教学内容分析以物体受力做功为背景引入数量积的概念,使向量数量积运算与物理知识联系起来;向量数量积与向量的长度及夹角的关系;进一步探究两个向量的夹角对数量积符号的影响及有关的性质、几何意义和运算律。
本节内容安排在《普通高中课程标准实验教科书·数学必修4》(A版)第二章、第4节第1课时。
它是平面向量的核心内容,向量的平行、垂直关系是向量间最基本、最重要的位置关系,而向量的夹角、距离又是向量的重要数量特征,向量的数量积恰好是解决问题的一个重要工具。
本节的知识结构:二、学生学习情况分析学生在学习本节内容之前,已熟知了实数的运算体系,掌握了向量的概念及其线性运算,具备了功等物理知识,并且初步体会了研究向量运算的一般方法。
在功的计算公式和研究向量运算的一般方法的基础上,学生基本上能类比得到数量积的含义和运算律,对于运算律不一定给全或给对,对运算律的证明可能会存在一定的困难,教学中老师要注意引导学生分析判断.三.设计思想:遵循新课标以人为本的理念,以启发式教学思想和建构主义理论为指导,采用探究式教学,以多媒体手段为平台,利用问题让学生自主地参与探究,在探究过程中注重学生学习过程的体验和数学能力的发展,引导学生积极将知识融入自己的知识体系。
四.教学目标:1、了解平面向量数量积的物理背景,理解数量积的含义及其几何意义;2、体会平面向量的数量积与向量投影的关系,理解掌握数量积的性质和运算律,并能运用性质和运算律进行相关的判断和运算;3、体会类比的数学思想和方法,进一步培养学生抽象概括、推理论证的能力。
五.教学重点和难点:重点是平面向量数量积的概念、用平面向量数量积表示向量的模及夹角;难点是平面向量数量积的定义及运算律的理解,平面向量数量积的应用。
六.教学过程设计:活动一:创设问题情景,引出新课问题1:若一个物体在力F 的作用下产生的位移为S ,那么力F 所做的功W 等于多少? [设计意图]:以物理问题为背景,初步认识向量的数量积,为引入向量的数量积的概念做铺垫。
平面向量数量积的物理背景及其含义教学目标:1. 了解平面向量数量积的物理背景;2. 掌握平面向量数量积的定义及其计算公式;3. 理解平面向量数量积的几何意义;4. 能够运用平面向量数量积解决实际问题。
教学重点:1. 平面向量数量积的物理背景;2. 平面向量数量积的定义及其计算公式;3. 平面向量数量积的几何意义。
教学难点:1. 平面向量数量积的计算公式的推导;2. 平面向量数量积的几何意义的理解。
教学准备:1. 教学课件或黑板;2. 教学用具(如直尺、三角板等);3. 练习题。
教学过程:一、导入(5分钟)1. 引入物理背景:以力的合成与分解为例,说明平面向量数量积的重要性;2. 引导学生思考:如何量化两个力的合力的大小和方向?二、平面向量数量积的定义及其计算公式(15分钟)1. 介绍平面向量数量积的定义:两个向量的数量积是它们的模的乘积与它们夹角的余弦值的乘积;2. 推导平面向量数量积的计算公式:a·b = |a||b|cosθ;3. 讲解计算公式的含义:数量积表示两个向量共线的程度,正值表示共线同方向,负值表示共线反方向,零值表示不共线。
三、平面向量数量积的几何意义(15分钟)1. 解释平面向量数量积的几何意义:数量积等于两个向量夹角的余弦值,表示两个向量之间的夹角的余弦值;2. 绘制图示:通过图示解释数量积的计算公式及几何意义;3. 讲解数量积的性质:交换向量a和b,数量积不变;数量积为零,表示两个向量垂直。
四、平面向量数量积的运算律(15分钟)1. 介绍平面向量数量积的运算律:交换律、分配律、结合律;2. 通过示例讲解运算律的应用:解决实际问题,如力的合成与分解。
五、练习与巩固(10分钟)1. 出示练习题:让学生独立完成,检验对平面向量数量积的理解;2. 讲解答案:解析学生答案,解答疑问,巩固知识点。
教学反思:本节课通过引入物理背景,引导学生了解平面向量数量积的重要性,接着讲解其定义、计算公式、几何意义、运算律,通过练习题进行巩固。
平面向量数量积的物理背景及其含义在我们的日常生活中,有些东西就像水和空气,虽然看不见,但却无时无刻不在影响着我们。
就拿平面向量的数量积来说吧,听起来可能有点儿复杂,其实它就是一种简单又有趣的概念,来,咱们一起聊聊这件事。
想象一下,你在操场上跟朋友打篮球。
你投篮的时候,用力的角度、力量的大小,都会影响到篮球的飞行轨迹。
数量积就像是你在这场游戏里的秘密武器,能帮助你理解这股力量和方向的结合。
简单点说,数量积就是把两个向量结合在一起,得出一个数值,告诉你这两个向量之间的关系。
比如,力的方向和移动的方向,如果你力气大但方向错了,那球就算飞得再快,也未必能进篮。
这就好比你走路的时候,前面有个障碍,你必须调整自己的方向,不然就撞上去了。
再举个例子,你在海边晒太阳,风在吹,你的沙滩椅子被风推得摇摇晃晃。
这个时候,你得考虑风的方向和力量,才能舒服地躺在那里。
如果你朝着风的方向靠,就算风再大,也不会把你推倒。
数量积就像是这个时候的指南针,告诉你该如何调整自己,才能迎风而行。
这种感觉真的是妙不可言,恰如其分。
说到这里,你可能会想,这个数量积到底有什么用呢?嘿,别小看它。
它在物理学、工程学和计算机科学中,都起着至关重要的作用。
拿物理来说,力和位移的数量积,能直接帮我们算出做功的大小。
这就意味着,咱们可以通过简单的计算,明白做事情的效率。
想想看,如果你在搬家,要搬一个重重的箱子,你使出的力气和箱子移动的方向正好一致,结果就是一口气就能把它搬上车。
但要是你使力的方向偏了,可能搬半天也没动,这可就太尴尬了。
再看看工程领域,设计师们在绘制建筑图纸的时候,数量积也能大显身手。
想要确保建筑的稳定性和安全性,设计师得考虑每一个结构的受力情况。
而数量积恰好能帮助他们判断,哪个方向的力量最大,从而做出最好的设计选择。
这就像是在搭积木,搭得越稳,玩得越开心。
再说计算机科学,这可是个神奇的领域。
机器学习、计算机图形学中,数量积用得相当频繁。
平面向量数量积的物理背景及其含义教学目标:1. 了解平面向量数量积的物理背景;2. 掌握平面向量数量积的定义及其计算方法;3. 理解平面向量数量积的性质及其在几何中的应用。
教学重点:1. 平面向量数量积的物理背景;2. 平面向量数量积的定义及其计算方法;3. 平面向量数量积的性质及其在几何中的应用。
教学难点:1. 平面向量数量积的计算方法;2. 平面向量数量积的性质及其在几何中的应用。
教学准备:1. 教学PPT;2. 教学黑板;3. 教学素材(如图片、实例等)。
教学过程:一、导入(5分钟)1. 利用PPT展示一些与向量相关的物理现象,如力的合成与分解、速度与加速度等;2. 引导学生思考这些现象与向量有何关系;3. 提问:同学们是否了解向量的数量积?如果有,请简要介绍一下。
1. 讲解平面向量数量积的物理背景,如力的合成与分解、速度与加速度等;2. 引导学生理解平面向量数量积的概念及其在物理中的意义。
三、平面向量数量积的定义及其计算方法(10分钟)1. 讲解平面向量数量积的定义;2. 引导学生掌握平面向量数量积的计算方法,如三角形法则、平行四边形法则等;3. 举例讲解平面向量数量积的计算方法。
四、平面向量数量积的性质及其在几何中的应用(10分钟)1. 讲解平面向量数量积的性质,如交换律、分配律等;2. 引导学生理解平面向量数量积在几何中的应用,如求解三角形、平行四边形等问题。
五、课堂练习与总结(5分钟)1. 布置一些有关平面向量数量积的练习题,让学生独立完成;2. 对学生的练习情况进行点评,解答学生的问题;3. 总结本节课所学内容,强调平面向量数量积的物理背景、定义、计算方法和性质等。
教学反思:本节课通过讲解平面向量数量积的物理背景、定义、计算方法和性质等内容,使学生了解了平面向量数量积的概念及其在几何中的应用。
在教学过程中,要注意引导学生主动思考、积极参与,提高学生的学习兴趣和动手能力。
结合实例和练习题,让学生更好地理解和掌握平面向量数量积的相关知识。
人教B 版 高一数学 必修四2.3.1节 《向量数量积的物理背景及其含义》 优质课学案授课教师:邱文鹏 单位:辽宁省黑山县第一高级中学课 题: 向量数量积的物理背景及其含义 课型:新授课 课时:1课时学 情 分 析学生在学习本节内容之前,已熟知了实数的运算体系,掌握了向量的概念及其线性运算,具备了功等物理知识,并且初步体会了研究向量运算的一般方法:即先由特殊模型(主要是物理模型)抽象出概念,然后再从概念出发,再与实数运算类比的基础上研究性质和运算律。
这为学生学习数量积做了很好的铺垫,使学生倍感亲切。
鉴于上述分析我制定了本节课的教学目标。
三 维 目 标知识与技能 (1)理解平面向量数量积的几何意义及其物理意义;(2)掌握平面向量的数量积及其几何意义;掌握平面向量数量积的重要性质及运算律;过程与方法 体会类比的数学思想和方法情感态度与价值观进一步培养学生抽象概括、推理论证的能力。
教学重点 平面向量的数量积定义及应用(能利用数量积解决求平行、垂直、夹角等问题) 教学难点 平面向量的数量积与向量投影的关系; 运算律的理解和平面向量数量积的应用。
教学方法启发引导法,自主探究和共同探究相结合教 学 过 程师 生 活 动设 计 意 图一、 复习引入:问题1:我们研究了向量的哪些运算? 问题2:这些运算的结果是什么?问题3:如何进行向量的加法、减法的运算? 问题4:数乘向量的几何意义是什么?问题5:平行向量的基本定理内容是什么? 明白新旧知识 的联系性。
二、情景导入、引出新课提出问题:请同学们继续回忆,我们是怎么引入向量的加法运算的?我们又是按照怎样的顺序研究了这种运算的?期望学生回答:物理模型→概念→性质→运算律→应用新课引入:本节课我们仍然按照这种研究思路来研究向量的另外一种运算:平面向量数量积的物理背景及其含义明确研究向量的数量积这种运算的途径。
三、合作探究,精讲点拨探究一: 平面向量数量积的概念1、给出有关材料并提出问题:(1)如图所示,一物体在力F 的作用下产生位移S ,那么力F 所做的功:cos W F S θ=.1.认识向量的数量积的实际背景。
2. 4.1平面向量的数量积的物理背景及其含义教学目的:1.掌握平面向量的数量积及其几何意义;2.掌握平面向量数量积的重要性质及运算律;3.了解用平面向量的数量积可以处理垂直的问题;4.掌握向量垂直的条件.教学重点:平面向量的数量积定义教学难点:平面向量数量积的定义及运算律的理解和平面向量数量积的应用教学过程: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OA =a ,OB =b ,则∠AOB=θ(0≤θ≤π)叫a 与b 的夹角.说明:(1)当θ=0时,a 与b 同向;(2)当θ=π时,a 与b 反向;(3)当θ=2π时,a 与b 垂直,记a ⊥b ;(4)注意在两向量的夹角定义,两向量必须是同起点的.范围是0︒≤θ≤180︒(2)两向量共线的判定定理(3)练习1.若a =(2,3),b =(4,-1+y ),且a ∥b ,则y =( )A.6 B .5 C.7 D.82.若A (x ,-1),B (1,3),C (2,5)三点共线,则x 的值为( )A.-3 B .-1 C.1D.3(4)力做的功:W = |F ||s |cos θ,θ是F 与s 的夹角.功是标量,力和位移是向量,功是由力和位移确定的,类比这种运算,我们引入“数量积”的概念。
二、讲解新课:1.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,(其中0≤θ≤π).并规定:0向量与任何向量的数量积为0.⋅探究:1、向量数量积是一个向量还是一个数量?它的符号什么时候为正?什么时候为负?2、两个向量的数量积与实数乘向量的积有什么区别?【平面向量数量积的几点说明】(1)两个向量的数量积是一个实数,不是向量,符号由cosθ的符号所决定.(2)两个向量的数量积称为内积,写成a•b;书写时要特别注意:.符号“•”在向量运算中不是乘号,既不能省略,也不能用“×”代替.(3)在实数中,若a≠0,且a⋅b=0,则b=0;但是在数量积中,若a≠0,且a•b=0,不能推出b=0因为其中cosθ有可能为0.(4)已知实数a、b、c(b≠0),则ab=bc ⇒ a=c.但是a•b=b•c a=c如右图:a•b= │a││b│cosβ = │b││OA│,b•c= │b││c│cosα = │b││OA│⇒a•b=b•c但a≠c(5)在实数中,有(a⋅b)c = a(b⋅c),但是(a•b)c≠a(b•c)显然,这是因为左端是与c共线的向量,而右端是与a共线的向量,而一般a与c不共线. 2.“投影”的概念:作图定义:│b│cosθ叫做向量b在a方向上的投影.投影是一个数量,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│.3.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 │cos θ的乘积. 探究1、:两个向量的数量积的性质:设a 、b 为两个非零向量, 1、a ⊥b ⇔ a •b = 0 2、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 ⋅= │ a •b │ ≤|a ||b | cos θ =b a ba 探究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 ⋅c +b ⋅c说明:(1)一般地,(a ·b )c ≠a (b ·c ) (2)a ·c =b ·c ,c ≠0a =b (3)有如下常用性质:2=||2,(+)(+)=·+·+·+· 三、讲解范例:例1.证明:①(+)2=2+2·+2 ②(+)•(-)=2-2例2.已知││=12,││=9,254−=•b a ϖϖ,求a ϖ与b ϖ的夹角θ。
2.4.1 平面向量数量积的物理背景及其含义(第1课时) 教材分析 本节内容是必修4第二章第4节的第1课时,平面向量的数量积是继向量的加法,减法,数乘等线性运算之后又一新的运算,也是高中数学的一个重要概念,是前面知识的延续,又是学好后续知识的基础,起承上启下的作用.此外它在数学、物理等学科中的广泛应用.本节课的主要学习任务是通过物理中“功”的事例抽象出平面向量数量积的概念,在此基础上探究数量积的性质与运算律,使学生体会类比的思想方法,进一步培养学生的抽象概括和推理论证的能力.数量积的概念既有长度又有角度,既有形又有数,是代数、几何与三角的最佳结合点,不仅应用广泛,而且很好的体现了数形结合的数学思想,使得数量积的概念成为本节课的核心概念,自然也是本节课教学的重点.
课时分配 本节内容用1课时的时间完成,主要探讨平面向量数量积的概念、性质及运算律. 教学目标 重点:平面向量数量积的概念,性质、运算律的发现与论证. 难点:平面向量数量积的定义及运算率的理解,平面向量数量积的应用. 知识点:平面向量数量积的概念,性质、运算律. 能力点:通过对平面向量数量积性质及运算律的探究,培养学生发现问题、分析问题、解决问题的能力. 教育点:通过本节课的学习,激发学生学习数学的兴趣和善于发现、勇于探索的精神,体会学习的快乐,体会各学科之间是密不可分的.培养学生思考问题认真严谨的学习态度. 自主探究点:有关向量数量积的性质及运算律的证明.
考试点:①考查向量数量积运算;②有关向量夹角的计算;③应用向量解决垂直问题. 易错易混点:向量的数量积与实数的乘法的区别. 拓展点:向量在几何中证明垂直的应用.
教具准备 多媒体课件、直尺
课堂模式 学案导学
一、 创设情境、引入课题 任意两个向量都可以进行加减运算,并且两个向量的和与差仍是一个向量,我们自然地会想到:两个向量是否可以进行乘法运算呢?如果能,其运算结果是什么呢? 思考: 1.如右图,一个物体在力F的作用下产生位移s,且力F与位移s的夹角为,那么力F所做的功W是多少?
结论:cosW=Fs
2.功是一个标量,它由力和位移两个向量所确定,数学上,我们把“功”称为向量F与s的“数量积”.一般地,对于非零向量a与b的数量积是指什么? 【设计意图】由旧知识引出新内容,同时联系物理学和数学,理解具体和一般的关系. 二、探究新知 1.平面向量数量积的定义 已知两个非零向量a与b,我们把数量cosab叫做a与b的数量积(inner product)(或内积),记作
ab,即cosab=ab,其中是a与b的夹角.
特别强调:两个向量a,b的数量积与代数中两个数,ab的乘积ab是两码事,但表面看来又有点相似,因此要注意两个向量a与b的数量积是记作ab,中间的实心小圆点不能省略,也不能把实心小圆点用乘号“×”代替,写成ab. 思考1:对于两个非零向量a与b,其数量积ab是一个数量,那么它何时为正数?何时为负数?何时为零?
结论:cosab=ab,
当cos0,即090时,0ab>; 当cos0,即90时,0ab=; 当cos0,即90180时,0ab<. 思考2:零向量与任一向量的数量积是多少? 结论:我们规定,零向量与任一向量的数量积为0. 2.投影的定义
对于两个非零向量a与b,设其夹角为,cosb叫做向量b在a方向上的投影.
如上图所示,1cosOBb,即有向线段1OB的数量为cosb. 特别强调:向量的投影是一个数量. 思考1:向量b在a方向上的投影cosb一定是正数吗?向量a在b方向上的投影是什么?
结论:cosb不一定是正数,其正负取决于cos,即的取值.向量a在b方向上的投影是cosa. 思考2:根据投影的概念,数量积cosab=ab的几何意义是什么? 结论:数量积ab等于a的长度a与b在a方向上的投影cosb的乘积,或等于b的长度b与a在b方向上的投影cosa的乘积. 【设计意图】使学生从感性到理性去认知数量积的定义.通过对概念的认识、分析和探究,使学生加深理解,掌握相关的几何意义并加深对投影的认识.
3.平面向量数量积的运算性质 思考1:设a与b都是非零向量,若ab,则ab等于多少?反之成立吗? 结论:0abab 思考2:当a与b同向时,ab等于什么?当a与b反向时,ab等于什么?特别地,aa等于什么?
结论:当a与b同向时,cos0ab=abab;
当a与b反向时,cosab=abab; 2cos0aa=aaa,所以aaa.通常aa记作2a.
思考3:设a与b都是非零向量,如何计算它们的夹角?
结论:由cosab=ab可得cosab=ab,再结合0,可求出.
思考4:ab与ab的大小关系如何?为什么? 结论:cosab=ab,因为cos1,所以abab 【设计意图】通过上述4个思考,在学生讨论交流的基础上,由教师进一步明晰数量积的性质,然后再由学生利用数量积的定义给予证明,完成探究活动.这样设计体现了教师只是教学活动的引领者,而学生才是学习活动的主体,让学生成为学习的研究者,不断地体验到成功的喜悦,激发学生参与学习活动的热情. 4.平面向量数量积的运算律 ①发现数量积的运算律 教师引导学生回顾实数运算中有关的运算律,并类比得出数量积的运算律,体会不同运算的运算律不尽相同,然后由学生自主完成下列表格: 在实数运算中 在向量运算中 是否正确 交换律 abba (1)abba ( ) 结合律 ()()abcabc (2)()()abcabc ( )
(3)()()()ababab ( ) 分配率 ()abcacbc (4)()abcacbc ( ) 消去律 (0)abbcbac (5)()0abbcbac ( ) 【设计意图】通过类比、探究使学生得到数量积的运算律,进一步培养学生的逻辑思维和探究问题的能力. 答案:(1)√;(2)×;(3)√;(4)√;(5)×. 对于上述表格,学生在处理的过程中(2)(5)出错率较高,需要老师着重分析:
(2)这是因为()abc表示一个与c共线的向量,而()abc表示一个与a共线的向量,而c与a不一定
共线,所以()()abcabc一般不成立,即使c与a共线,此式也不一定成立. (5) 如下图,均满足abbc,但ac. ②明晰数量积的运算律 已知向量a、b、c和实数,则: (1) abba;
(2) ()()()ababab;
(3) ()abcacbc. ③证明数量积的运算律 学生自主证明(1) (2), 同时对于(2),注意引导学生反思:当0时,向量a与a、b与b的方向的关系,此时向量a
与b、b与a的夹角与向量a与b的夹角相等吗?
教师分析证明 (3):如右图,在平面内任取一点O,作OAa,
ABb
,OCc,因为ab(即OB)在c方向上的投影等于a、
b在c方向上的投影的和,即12coscoscosabab,
所以12coscoscoscabcacb, 所以()cabcacb, 所以()abcacbc. 【设计意图】发现运算律、明晰运算律、证明运算律, 这样做不仅培养了学生推理论证的能力,同时也增强了学生类比创新的意识,将知识的获得和能力的培养有机的结合在一起.
三、理解新知 1.对数量积的理解 平面向量的数量积是两个向量之间的运算,它与向量的加法、减法、数乘运算一样,也有明显的物理背景和几何意义,同时还有一系列的运算性质,但与向量的线性运算不同的是:数量积的运算结果是数量而不是向量.这个数量的大小不仅和向量a与b的模有关,还和它们的夹角有关,数量积运算结果的符号取决于向量a与b的夹角. 2.灵活掌握平面向量数量积的性质 (1) 0abab,既可以用来证明两向量垂直,也可以由垂直进行有关计算; (2) 22aa=aa与aaa可用来求向量的模,以实现实数运算向向量运算的相互转化. (3) cosab=ab不仅可以用来直接计算两向量a、b的夹角,也可用来求直线的夹角(向量的夹角与向量所在直线的夹角有区别),还可利用夹角的取值情况建立方程或不等式用于求参数的值或范围. 四、运用新知 例1.已知5a,4b,且a与b的夹角120,求ab. 【设计意图】本例及拓展变式1,2均由学生自主完成,然后教师进行答案的校对.其目的是通过计算巩固对数量积定义的理解. 解:cosab=ab 54cos120 154210
拓展变式1:若5a,4b,且//ab,则ab是多少? 答案:当a与b同向时,20ab=ab;当a与b反向时,20ab=ab. 拓展变式2:若5a,4b,且ab,则ab是多少? 答案:因为ab,所以0ab=. 例2.我们知道,对任意,abR,恒有222()2abaabb,22()()ababab.对于任意的向量a,b,是否也有下面类似的结论? (1) 222()2abaabb; (2) 22()()ababab. 【设计意图】使学生体会实际解题中运算律的作用,比较向量运算与多项式乘法运算的异同.
解:(1) 2()()()ababab =aa+abbabb 222=aabb
(2) ()()ababaaabbabb22=ab 例3.已知6a,4b,且a与b的夹角60,求(2)(3)abab. 解:(2)(3)6abab=aaabbb =22cos6aabb =22664cos6064 =72. 拓展变式3. 已知6a,4b,a与b的夹角120,求a+b.
答案:a+ba+ba+b 222aabb
226264cos1204
28 例4.已知3a,4b,且a与b不共线.k为何值时,向量kab与kab互相垂直? 【设计意图】学会利用数量积来解决有关垂直问题,体会运算律的优越性.