2019年高考数学(人教版文)一轮复习课件:第4章 平面向量、数系的扩充与复数的引入4.5
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第二节 平面向量的基本定理及坐标表示[考纲传真] (教师用书独具)1.了解平面向量的基本定理及其意义.2.掌握平面向量的正交分解及其坐标表示.3.会用坐标表示平面向量的加法、减法与数乘运算.4.理解用坐标表示的平面向量共线的条件.(对应学生用书第71页)[基础知识填充]1.平面向量基本定理(1)定理:如果e 1,e 2是同一平面内的两个不共线向量,那么对于这一平面内的任一向量a ,存在唯一一对实数λ1,λ2,使a =λ1e 1+λ2e 2.(2)基底:不共线的向量e 1,e 2叫作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)向量加法、减法、数乘及向量的模 设a =(x 1,y 1),b =(x 2,y 2),则a +b =(x 1+x 2,y 1+y 2),,λa =(λx 1,λy 1),|a |(2)向量坐标的求法=(x 2-x 1,y 2-y 1), 3a ≠0,b ≠0.a ,b 共线⇔x 1y 2-x 2y 1=0. 1λ=μ=0.2x 2≠0,y 2≠0,则a ∥b ⇔x 1x 2=y 1y 2.[基本能力自测]1.(思考辨析)判断下列结论的正误.(正确的打“√”,错误的打“×”)(1)平面内的任何两个向量都可以作为一组基底.( )(2)在△ABC 中,设AB →=a ,BC →=b ,则向量a 与b 的夹角为∠ABC .( ) (3)若a ,b 不共线,且λ1a +μ1b =λ2a +μ2b ,则λ1=λ2,μ1=μ2.( ) (4)平面向量的基底不唯一,只要基底确定后,平面内的任何一个向量都可被这组基底唯一表示.( )(5)若a =(x 1,y 1),b =(x 2,y 2),则a ∥b 的充要条件可表示成x 1x 2=y 1y 2.( ) (6)当向量的起点在坐标原点时,向量的坐标就是向量终点的坐标.( ) [答案] (1)× (2)× (3)√ (4)√ (5)× (6)√2.已知平面向量a =(2,-1),b =(1,3),那么|a +b |等于 ( )A .5B .13C .17D .13B [因为a +b =(2,-1)+(1,3)=(3,2),所以|a +b |=32+223.设e 1,e 2是平面内一组基底,若λ1e 1+λ2e 2=0,则λ1+λ2=0 [假设λ1≠0,由λ1e 1+λ2e 2=0,得e 1=-λ2λ1e 2,∴e 1与e 22是平面内一组基底矛盾,故λ1=0,同理,λ2=0,∴λ1+λ2=0.]4.(2016·全国卷Ⅱ)已知向量a =(m,4),b =(3,-2),且a ∥b ,则m =________.-6 [∵a =(m,4),b =(3,-2),a ∥b , ∴-2m -4×3=0,∴m =-6.]5.(教材改编)已知▱ABCD 的顶点A (-1,-2),B (3,-1),C (5,6),则顶点D 的坐标为________.(1,5) [设D (x ,y ),则由AB →=DC →,得(4,1)=(5-x,6-y ),即⎨⎪⎧4=5-x ,解得⎨⎪⎧x =1,]图421A .12a +12b B .12a +13bC .14a +12bD .12a +14b (2)在平行四边形ABCD 中,E 和F 分别是边CD 和BC 的中点,若AC →=λAE →+μAF →,其中λ,μ∈R ,则λ+μ=________.(1)D (2)43 [(1)∵在三角形ABC 中,BE 是AC 边上的中线,∴AE →=12AC →.∵O 是BE 边的中点,∴AO →=12(AB →+AE →)=12AB →+14AC →=12a +14b .(2)选择AB →,AD →作为平面向量的一组基底,则AC →=AB →+AD →,AE →=12AB →+AD →,AF →=AB →+12AD →,又AC →=λAE →+μAF →=⎝ ⎛⎭⎪⎫12λ+μAB →+⎝ ⎛⎭⎪⎫λ+12μAD →,于是得⎩⎪⎨⎪⎧12λ+μ=1,λ+12μ=1,解得⎩⎪⎨⎪⎧λ=23,μ=23,所以λ+μ=43.]应用平面向量基本定理表示向量的实质是利用平行四边形法则或三角形法则进行向量的加、减或数乘运算用向量基本定理解决问题的一般思路是先选择一组基底,并运用该基底将条件和结论表示成向量的形式,再通过向量的运算来解决 [跟踪训练] 如图422,以向量OA =a ,OB =b 为邻边作▱OADB ,BM =3BC ,CN =3CD ,用a ,b 表示OM →,ON →,MN →.图422[解] ∵BA →=OA →-OB →=a -b ,BM →=16BA →=16a -16b ,∴OM →=OB →+BM →=16a +56b .∵OD →=a +b ,∴ON →=OC →+13CD →=12OD →+16OD →=23OD →=23a +23b , ∴MN →=ON →-OM →=23a +23b -16a -56b =12a -16b .综上,OM →=16a +56b ,ON →=23a +23b ,MN →=12a -16b .已知A (-2,4),B (3,-1),C (-3,-4).设AB →=a ,BC =b ,CA =c ,且CM =3c ,CN =-2b ,(1)求3a +b -3c ;(2)求满足a =m b +n c 的实数m ,n ; (3)求M ,N 的坐标及向量MN →的坐标.【导学号:79140151】[解] 由已知得a =(5,-5),b =(-6,-3),c =(1,8). (1)3a +b -3c =3(5,-5)+(-6,-3)-3(1,8) =(15-6-3,-15-3-24)=(6,-42). (2)∵m b +n c =(-6m +n ,-3m +8n ),∴⎩⎪⎨⎪⎧-6m +n =5,-3m +8n =-5,解得⎩⎪⎨⎪⎧m =-1,n =-1.(3)设O 为坐标原点.∵CM →=OM →-OC →=3c , ∴OM →=3c +OC →=(3,24)+(-3,-4)=(0,20). ∴M (0,20).又∵CN →=ON →-OC →=-2b ,∴ON →=-2b +OC →=(12,6)+(-3,-4)=(9,2),∴N (9,2),∴MN →=(9,-18). 利用向量加、减、数乘运算的法则来进行求解,若已知有向线段两端点的坐标,则应先求向量的坐标解题过程中,常利用“向量相等,则坐标相同”这一结论,由此可列方程组进行求解.[跟踪训练] (1)已知四边形ABCD 的三个顶点A (0,2),B (-1,-2),C (3,1),且BC →=2AD →,则顶点D 的坐标为( )A .⎝ ⎛⎭⎪⎫2,72 B .⎝ ⎛⎭⎪⎫2,-12 C .(3,2)D .(1,3)(2)在△ABC 中,点P 在BC 上,且BP →=2PC →,点Q 是AC 的中点,若PA →=(4,3),PQ →=(1,5),则BC →=( ) A .(-2,7) B .(-6,21) C .(2,-7)D .(6,-21)(1)A (2)B [(1)设D (x ,y ),AD →=(x ,y -2),BC →=(4,3),又BC →=2AD →,∴⎩⎪⎨⎪⎧4=2x ,3=2(y -2),∴⎩⎪⎨⎪⎧x =2,y =72,故选A .(2)∵BP →=2PC →,∴BC →=3PC →=3(PA →+AC →).∵Q 是AC 的中点,∴AC →=2AQ →,又AQ →=AP →+PQ →,∴BC →=3[PA →+2(AP →+PQ →)]=(-6,21).]已知a =(1,0),b =(2,1).(1)当k 为何值时,k a -b 与a +2b 共线;(2)若AB →=2a +3b ,BC →=a +m b ,且A ,B ,C 三点共线,求m 的值. [解] (1)∵a =(1,0),b =(2,1), ∴k a -b =k (1,0)-(2,1)=(k -2,-1),a +2b =(1,0)+2(2,1)=(5,2),∵k a -b 与a +2b 共线,∴2(k -2)-(-1)×5=0, ∴k =-12.(2)AB →=2(1,0)+3(2,1)=(8,3), BC →=(1,0)+m (2,1)=(2m +1,m ).∵A ,B ,C 三点共线, ∴AB →∥BC →,a ∥b ;a ∥2y 1=其中x 1,,b x 2,y 2当涉及向量或点的坐标问题时一般利用比较方便.2.与向量共线有关的题型与解法证三点共线:可先证明相关的两向量共线,再说明两向量有公共点;已知向量共线,求参数:可利用向量共线的充要条件列方程组求解[跟踪训练b =(1,-2b ),则B .1 D .-2(4,5),OC →=(-k,10),且A ,B ,C 三点共线,则实【导学号:79140152】-4),由a ∥(a +2b ),得2(m -4)=4m ,m =-4,故选A .(2)AB →=OB →-OA →=(4-k ,-7), AC →=OC →-OA →=(-2k ,-2).∵A ,B ,C 三点共线, ∴AB →,AC →共线,∴-2×(4-k )=-7×(-2k ),解得k =-23.]。
第三节平面向量的数量积及其应用[考纲传真]1.理解平面向量数量积的含义及其物理意义 2 了解平面向量的数量积与向量投影的关系3掌握数量积的坐标表达式,会进行平面向量数量积的运算4能运用数量积表示两个向量的夹角,会用数量积判断两个平面向量的垂直关系.5.会用向量方法解决某些简单的平面几何问题6会用向量方法解决简单的力学问题与其他一些实际问题.双基自主测评I基础知识环能力全面巩固■(对应学生用书第61页)[基础知识填充]1. 向量的夹角(1)定义:已知两个非零向量a和b,如图4-3-1 ,作0A= a, 0B= b,则/ AOB=0 (0 °w 0 < 180° )叫作a与b的夹角.0 b B图4-3-1(2)当0 = 0°时,a与b共线同向.当0 = 180°时,a与b共线反向.当0 =90°时,a与b互相垂直. '—2•平面向量的数量积(1) 定义:已知两个非零向量a和b,它们的夹角为0,则数量| a|| b| • cos 0叫做a与b的数量积(或内积).规定:零向量与任一向量的数量积为0.(2) 几何意义:数量积a • b等于a的长度| a|与b在a的方向上的投影| b|cos 0的乘积Jk 曜或b的长度| b|与a在b方向上射影| a|cos 0的乘积.3. 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:(入a) • b=入(a • b) = a •(入b);(3) 分配律:a •( b+ c) = a • b+ a • C.4. 平面向量数量积的性质及其坐标表示122结论几何表示坐标表小2| a || b |cos 0夹角a - bcos 0 — . [[ i .|a || b |X 1X 2+ y 1y 2cos 0 — . y, ------------------------------- .,,V X 2 + y2^/X 2 + y 2a 丄ba -b — 0X 1X 2+ y 1y 2— 0|a • b | 与 | a || b | 的关系|a - b | w| a || b || X 1X 2+ y 1y 2| w 寸X 1 + y 2 •寸 X 2+ y ;[知识拓展]1两个向量a , b 的夹角为锐角? a •b >0且a , b 不共线;两个向量a ,b 的夹角为钝角? a •b <0且a , b 不共线. 2 •平面向量数量积运算的常用公式 (1)( (2)( (3)(2 2a +b ) •( a -b ) = a — b .2 2 2a +b ) = a + 2a • b + b .a -b )2= a 2-2a • b + b 2.3.当a 与b 同向时,a •b = | a||b1.当a 与b 反向时,a ・b = — |a||b |.[基本能力自测](思考辨析)判断下列结论的正误.(正确的打“V”,错误的打“X” (1) 两个向量的数量积是一个实数,向量的数乘运算的运算结果是向量.由 a - b = 0,可得 a = 0 或 b = 0.()由a - b = a - c 及a ^0不能推出b = C.()2. 在四边形 ABCDh AB- DC &AC- BD= 0,则四边形 ABCD 为矩形•( [答案](1) V (2) X (3) V(2016 -全国卷川)已知向量BA=A . 30° ,1,则/ ABC=(3.C. 60°D. 120°A [因为BA=2, -2 , BC > 三3, 1,所以 E3A- £=¥+石3=_23.又因为 B A- B <> I B AII 航cos / ABC= 1X 1X cos / ABC 所以 cos / 又 0°<Z ABCc 180°,所以/ABC= 30° .故选 A .](2015 •全国卷 n )向量 a = (1 , - 1), b = ( — 1,2),则(2a + b ) - a =()A . - 1 B. 0 C. 1D. 22C [法: T a = (1 , — 1) , b = ( — 1,2) ,.•. a = 2, a • b =— 3, 从而(2a + b ) • a = 2a 2 + a • b = 4 — 3= 1. 法二:T a = (1 , — 1) , b = ( — 1,2), .2a + b = (2 , — 2) + ( — 1,2) = (1,0),从而(2a + b ) • a = (1,0) • (1 , — 1) = 1,故选 C.]4. ______________ (教材改编)已知|a | = 5, | b | = 4, a 与b 的夹角0 = 120° ,则向量b 在向量a 方向上的 投影为 __ .—2 [由数量积的定义知, b 在a 方向上的投影为| b |cos 0 = 4x cos 120 ° =— 2.]5. (2017 •全国卷I)已知向量 a = ( — 1,2) , b = (m,1).若向量 a + b 与a 垂直,则 m=7 [ T a = ( — 1,2) , b = (m,1), ••• a + b = ( — 1 + m,2 + 1) = ( m- 1,3). 又 a + b 与 a 垂直,二(a + b ) • a = 0, 即(m-1) x ( — 1) + 3X 2= 0, 解得m= 7.]题型分类突破I 高琴题型烦律方法逐-突砸■(对应学生用书第62页)心 ......平面向量数量积的运算■■■I (1)(2016 •天津高考)已知△ ABC 是边长为1的等边三角形,点D, E 分别是边AB,BC 的中点,连接 DE 并延长到点F ,使得DE= 2EF,则AF- BC 勺值为()A . 11D -S'已知正方形 ABCD 勺边长为1,点E 是AB 边上的动点,则DE- CB 勺值为C.;DE ・DC的最大值为 【导学号: 00090135】AF = AM DF又D, E 分别为AB BC 的中点,(1) B (2) 1 1 [(1)如图所示,f 1 f f 1 ・_且DE=2EF所以AD= 1A B DF=2AC+;AC=4AC1f2当E 运动到B 点时,DE^DC 方向上的投影最大,即为 DC = 1, 所以(DE' Dg =| DC - 1= 1.][规律方法]1.求两个向量的数量积有三种方法: 利用定义;利用向量的坐标运算; 利用数量积的几何意义.~T 1 -T 3 ~T 所以 AF = 2AB+ 4AC又 BC= AC- AB3T-4AC-又 | AB =|AQ = 1,z BAO 60°,故AF- E3C = 4-2 — 4X 1X 1X 2= 1.故选 B.4 2 4 2 8⑵ 法一:以射线AB AD 为x 轴,y 轴的正方向建立平面直角坐标系,则A (0,0),巳1,0),C (1,1) ,D (0,1),设E (t, 0) , t € [0,1],则DE = (t , - 1),(t , -1) - (0,- 1) = 1.因为 DC = (1,0),所以 DE- DC = (t ,- 1) - (1,0) = t w 1, 故D E- DC 的最大值为1.法二:由图知,无论E 点在哪个位置,DE 在CB^向上的投影都是 CB= 1,所以DE- CB= | CB则 AF- BC= -(AC-AB 3 T T2. (1)要有“基底”意识,关键用基向量表示题目中所求相关向量. (2)注意向量夹角的大小,以及夹角0 = 0°, 90°, 180°三种特殊情形.2[变式训练1] ⑴ 已知AB= (2,1),点C ( — 1,0) , D (4,5),则向量AB 在 C [方向上的投影为(1) C (2)C [(1)因为点 C ( —1,0) , Q4,5),所以 C* (5,5),又AB= (2,1),所以向量 AB 在CD?向上的投影为|AB |cos 〈 AB C D =磊=芈I CD%2⑵ 由 AB- AF = 3 得AB ・(AM DF = AB- DF= 3,所以 |DF = 1, |CF = 2,BE • BC= — 6 + 2 = — 4.](1)(2017 •合肥二次质检)已知不共线的两个向量a ,b 满足|a — b | = 2且a 丄(a—2b ),则 | b | =( )A . 2 C. 2 2⑵(2018 •西安模拟)已知平面向量a , b 的夹角为 卡,且|a | = .3, | b | = 2,在厶ABC 中,AB= 2a + 2b , AC= 2a — 6b , D 为 BC 的中点,贝U |AQ = ______ .(1)B (2)2[(1)由 a 丄(a — 2b )得 a - (a — 2b ) = | a | — 2a - b = 0.又•/ | a — b | = 2,「. | a(2)(2018 •榆林模拟)已知在矩形ABCD 中 AB= 3, BC = 3, BE = 2EC 点 F 在边 CD 上.若AB- AF = 3,则 A E- 'BF 的值为()【导学号:00090136】A . 0B 育C.— 4D. 42B.- 3 5 D. 3 5C. 所以 AE - BF = ( AB+ BE ) •( BC+ CF ) =AB- BC+ AB- CF + BE- BC + BE- CF = AB- CF +ISfifl... ......... . ............................ j平面向量数量积的性质角度1平面向量的模MBB. 2 D. 4—b| 2= | a|2—2a - b+ | b|2= 4,则| b|2= 4, | b| = 2,故选B.■ ■ ~9 1 ~> (2)因为 A[> 2(AB+ AC 1=2(2a + 2b + 2a — 6b ) =2a — 2b ,所以 |AD 2= 4(a — b )2= 4(a 2— 2b •a + b 2)—e 2的夹角为B ,贝U cos 3 =⑵ 若向量a = (k, 3) , b = (1,4) , c = (2,1),已知2a — 3b 与c 的夹角为钝角,贝U k 的取2=I — 2X 3X 2X1 X cos a + 4= I ,所以|a | = 3,i i222因为 b = (3e 1 — e 2) = I — 2X 3X 1 XI X cos a + 1 = 8, 所以 | b | = 2 2,a •b = (3 e 1 — 2e 2)- (3 e 1 — e ?)2 21 =9e 1 — 9e 1 • e2 + 2e 2= I — I X 1 X 1 X + 2 = 8,3 所以cos 3= rOi 占=3^=弩.(2) •/ 2a — 3b 与c 的夹角为钝角, ••• (2 a — 3b ) - c v 0, 即(2 k — 3, — 6) - (2,1) v 0,• 4k — 6— 6v 0, • k v 3.9又若(2a — 3b ) // c ,贝U 2k — 3 =— 12,即卩 k =—》 当 k =— I 时,2a — 3b = ( — 12,— 6) = — 6c ,=4X (3 — 2X 2X3 X cos n + 4) = 4,所以 | AD = 2.]角度2平面向量的夹角2-2 1(1)已知单位向量 e 1与e 2的夹角为 a ,且cos a = 3 向量 a = 3e i — 2e 2与 b = 3e i值范围是 (1)弩(2)[(1)因为 a 2= (3 e 1 — 2e 2)2△in 2 x — ¥cos x = 2,2 2即2a -3b 与c 反向. 综上,k 的取值范围为 一R, 角度3平面向量的垂直 (2016 •山东高考)已知向量a = (1 , - 1), b = (6 , - 4).若a 丄(ta + b ),则实 数t 的值为 _________ —5 [ - a = (1 , — 1), b = (6 , — 4),…ta + b = (t + 6, — t — 4). 又 a 丄(ta + b ),则 a •( ta + b ) = 0,即 t + 6 +1 + 4= 0,解得 t =— 5.] a • b [规律方法]1.求两向量的夹角:cos 0 = ,要注意0 c [0 , n ]. 丨a l •丨b | 2.两向量垂直的应用: 两非零向量垂直的充要条件是: a 丄b ? a • b = 0? | a — b | = |a + b |. 3 •求向量的模:利用数量积求解长度问题的处理方法有: (1) a 2= a • a = | a |2 或 | a | = a • a . (2) | a ± b | = a ± b 2= a ±2a • b + b . ⑶若 a = (x , y ),则 | a | = x 2 + y 2. |U3[ 平面向量与三角函数的综合 (2018 •佛山模拟)在平面直角坐标系 xOy 中,已知向量m = ^2, — 2小=(sin cos x ) , x c (1)若 miL n ,求 tan x 的值; n ⑵若m 与n 的夹角为—,求x 的值. 【导学号:00090137】所以 sin x = cos x ,所以 tan x = 1. n 1⑵因为 | m = I n | = 1,所以 m-n = cos —=-,3 2x . 所以 m-n = 0, x , cos x ), n Ln . 即承n cos x(1)因为m = n = (sin所以sin 12因为 O v x v n ,所以—n_< x — n_<n n , 一 n n 5 n 所以x —才=6,即x =〒2. [规律方法]平面向量与三角函数的综合问题的解题思路得到三角函数的关系式,然后求解. (2)给出用三角函数表示的向量坐标,要求的是向量的模或者其他向量的表达形式,解题 sin x x= -------cos x •- tan 2 x = —=1 — tan x 53⑵•/ a = sin ^, , b = (cos x , — 1),3 2 2 2 2••• a •b = sin x cos x — ?, b = cos x + ( — 1) = cos x + 1,23 2 1 1 1• f (x ) = (a + b ) - b = a •b + b = sin x cos x — ~ + cos x + 1 = 2sin 2x + 尹 + cos 2x ) — ?⑴ 题目条件给出向量的坐标中含有三角函数的形式, 运用向量共线或垂直或等式成立等, 思路是经过向量的运算,利用三角函数的定义域内的有界性,求得值域等. [变式训练2] (2018 •郴州模拟)已知向量a = sin x , | , b = (cos X , (1)当a //b 时,求tan 2 x 的值; (2)求函数f (x ) = (a + b ) - b 在|—-2 , 0上的值域. (1) ■/ a //b , a = sin x , | , b = (cos x , 3 x - ( — 1) — 2 • cos 即sin 3 X + 2C0S x = 0, 得sin 3 x = — 2C0S x , 二tan -32,匕2tan x 12 x = 0,1 n 1 sin 2x+ 才.I nT x€ |—— , 0••• sin 2x+4 € —1 ,n故函数 f (X ) = (a + b ) • b 在 | — , 0 • •• f(X)= 刍n -弓,2上的值域为•—, 2。