向量综合练习
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(时间:120分钟;满分:160分)一、填空题(本大题共14小题,每小题5分,共70分,把答案填在题中横线上) 1.若向量a =(3,m ),b =(2,-1),a ·b =0,则实数m 的值为__________. 解析:由a ·b =0,得3×2+m ×(-1)=0,∴m =6. 答案:62.已知平面向量a =(1,2),b =(-2,m ),且a ∥b ,则2a +3b =__________. 解析:法一:∵a ∥b ,∴1·m =2×(-2),即m =-4, ∴b =(-2,-4),∴2a +3b =2(1,2)+3(-2,-4)=(-4,-8). 法二:∵a ∥b ,∴存在实数λ,使a =λb , ∴(1,2)=λ(-2,m ),即(1,2)=(-2λ,λm ).∴⎩⎪⎨⎪⎧-2λ=1,λm =2,解得⎩⎪⎨⎪⎧λ=-12,m =-4, ∴b =(-2,-4),∴2a +3b =-b +3b =2b =(-4,-8). 答案:(-4,8)3.已知|a |=4,|b |=6,a 与b 的夹角为60°,则|3a -b |=__________.解析:由|3a -b |2=9a 2-6a ·b +b 2=9×42-6×4×6×cos60°+62=108,可求得|3a -b |=6 3.答案:6 34.在△ABC 中,AB =AC =4,且AB →·AC →=8,则这个三角形的形状是__________.解析:由AB →·AC →=|AB →||AC →|cos A =8,得cos A =12,所以A =60°,△ABC 是等边三角形.答案:等边三角形.5.若A (-1,-2),B (4,8),C (5,x ),且A ,B ,C 三点共线,则x =__________.解析:因为A ,B ,C 三点共线,所以AB →,AC →共线.所以存在实数k ,使得AB →=kAC →.又因为A (-1,-2),B (4,8),C (5,x ),所以AB →=(5,10),AC →=(6,x +2),所以(5,10)=k (6,x +2).所以⎩⎪⎨⎪⎧5=6k ,10=k (x +2),解得⎩⎪⎨⎪⎧k =56,x =10.答案:106.已知向量a =(6,2)与b =(-3,k )的夹角是钝角,则k 的取值范围是__________. 解析:因为a ,b 的夹角θ是钝角,所以-1<cos θ<0.又因为a =(6,2),b =(-3,k ),所以cos θ=a ·b|a ||b |=k -9109+k 2,即-1<k -9109+k 2<0.解得k <9且k ≠-1.故所求k 的取值范围为(-∞,-1)∪(-1,9).答案:(-∞,-1)∪(-1,9)7.若平面向量a ,b 满足|a +b |=1,a +b 平行于x 轴,b =(2,-1),则a =__________. 解析:设向量a 的坐标为(m ,n ),则a +b =(m +2,n -1),由题设,得⎩⎪⎨⎪⎧ (m +2)2+(n -1)2=1,n -1=0,解得⎩⎪⎨⎪⎧ m =-1,n =1,或⎩⎪⎨⎪⎧m =-3,n =1.∴a =(-1,1)或(-3,1). 答案:(-1,1)或(-3,1)8.如图,半圆O 中AB 为其直径,C 为半圆上任一点,点P 为AB 的中垂线上任一点,且|CA →|=4,|CB →|=3,则AB →·CP →=__________.解析:AB →·CP →=AB →·(CO →+OP →)=AB →·CO →+AB →·OP →=(CB →-CA →)·CO →+AB →·OP →=(CB →-CA →)·CA →+CB →2+0=12(|CB →|2-|CA →|2)=12(32-42)=-72.答案:-729.给出下列命题:①若a 与b 为非零向量,且a ∥b 时,则a -b 必与a 或b 中之一的方向相同;②若e 为单位向量,且a ∥e ,则a =|a |e ;③a ·a ·a =|a |3;④若a 与b 共线,又b 与c 共线,则a 与c 必共线,其中假命题有__________.解析:①命题中a -b 有可能为0,其方向是任意的,故错;③命题中三个向量的数量积应为向量,故为假命题.答案:①②③④10.若向量AB →=(3,-1),n =(2,1),且n ·AC →=7,那么n ·BC →=__________.解析:n ·BC →=n ·(AC →-AB →)=n ·AC →-n ·AB →=7-5=2. 答案:211.一质点受到平面上的三个力F 1,F 2,F 3(单位:牛顿)的作用而处于平衡状态,已知F 1,F 2成60°角,且F 1,F 2的大小分别为2和4,则F 3的大小为__________.解析:由于质点处于平衡状态,所以F 1+F 2+F 3=0,则F 3=-(F 1+F 2),所以|F 3|2=F 23=[-(F 1+F 2)]2=F 21+2F 1·F 2+F 22=22+42+2×2×4×12=4+16+8=28,所以F 3=27. 答案:2712.(2010年高考四川卷改编)设M 是线段BC 的中点,点A 在直线BC 外,|BC →|2=16,|AB →+AC →|=|AB →-AC →|,则|AM →|等于__________.解析:∵|BC →|2=16,∴|BC →|=4.又|AB →-AC →|=|CB →|=4,∴|AB →+AC →|=4.∵M 为BC 的中点,∴AM →=12(AB →+AC →),∴|AM →|=12|AB →+AC →|=2.答案:213.(2010年高考辽宁卷改编)平面上O ,A ,B 三点不共线,设OA →=a ,OB →=b ,则△OAB 的面积等于__________.解析:设a 、b 间的夹角为θ,则S △OAB =12|a ||b |·sin θ=12|a ||b |·1-cos 2θ=12|a ||b |1-⎝⎛⎭⎫a ·b |a ||b |2=12|a ||b |·|a |2|b |2-(a ·b )2|a |2|b |2 =12|a |2|b |2-(a ·b )2. 答案:12|a |2|b |2-(a ·b )214.(2010年高考山东卷改编)定义平面向量之间的一种运算“⊙”如下:对任意的a =(m ,n ),b =(p ,q ),令a ⊙b =mq -np .下面说法错误的是__________.①若a 与b 共线,则a ⊙b =0;②a ⊙b =b ⊙a ;③对任意的λ∈R ,有(λa )⊙b =λ(a ⊙b ); ④(a ⊙b )2+(a ·b )2=|a |2|b |2.解析:若a =(m ,n )与b =(p ,q )共线,则mq -np =0,依运算“⊙”知a ⊙b =0,即①正确.由于a ⊙b =mq -np ,且b ⊙a =np -mq ,因此a ⊙b =-b ⊙a ,即②不正确.对于③,由于λa =(λm ,λn ),因此(λa )⊙b =λmq -λnp ,又λ(a ⊙b )=λ(mq -np )=λmq -λnp ,即③正确.对于④,(a ⊙b )2+(a ·b )2=m 2q 2-2mnpq +n 2p 2+(mp +nq )2=m 2(p 2+q 2)+n 2(p 2+q 2)=(m 2+n 2)(p 2+q 2)=|a |2|b |2,即④正确.故选②.答案:②二、解答题(本大题共6小题,共90分,解答时应写出必要的文字说明、证明过程或演算步骤)15.(本小题满分14分)已知向量a =(3,2),b =(-1,2),c =(4,1). (1)若(a +k c )∥(2b -a ),求实数k 的值;(2)设d =(x ,y )满足(d -c )∥(a +b )且|d -c |=1,求d . 解:(1)∵(a +k c )∥(2b -a ),且a +k c =(3+4k,2+k ),2b -a =(-5,2),∴2×(3+4k )-(-5)×(2+k )=0,∴k =-1613.(2)∵d -c =(x -4,y -1),a +b =(2,4),(d -c )∥(a +b )且|d -c |=1,∴⎩⎪⎨⎪⎧4(x -4)-2(y -1)=0,(x -4)2+(y -1)2=1, 解得⎩⎨⎧x =4+55,y =1+255,或⎩⎨⎧x =4-55,y =1-255.∴d =⎝⎛⎭⎪⎫20+55,5+255或d =⎝ ⎛⎭⎪⎫20-55,5-255. 16.(本小题满分14分)AB →=(6,1),BC →=(x ,y ),CD →=(-2,-3),BC →∥DA →. (1)求x 与y 的关系式;(2)若有AC →⊥BD →,求x 、y 的值及四边形ABCD 的面积.解:(1)∵AD →=AB →+BC →+CD →=(6,1)+(x ,y )+(-2,-3)=(x +4,y -2),∴DA →=-AD →=(-x -4,2-y ).又BC →∥DA →,BC →=(x ,y ),∴x (2-y )-y (-x -4)=0,即x +2y =0.(2)∵AC →=AB →+BC →=(6,1)+(x ,y )=(x +6,y +1), BD →=BC →+CD →=(x ,y )+(-2,-3)=(x -2,y -3), 且AC →⊥BD →,∴AC →·BD →=0,即(x +6)(x -2)+(y +1)(y -3)=0. 又由(1)的结论x +2y =0,∴(6-2y )(-2y -2)+(y +1)(y -3)=0, 化简得y 2-2y -3=0, ∴y =3或y =-1.当y =3时,x =-6.于是有 BC →=(-6,3),AC →=(0,4),BD →=(-8,0). ∴|AC →|=4,|BD →|=8.∴S 四边形ABCD =12|AC →|·|BD →|=16.同理y =-1时,x =2.于是有BC →=(2,-1),AC →=(8,0),BD →=(0,-4). ∴|AC →|=8,|BD →|=4.∴S 四边形ABCD =12|AC →|·|BD →|=16.即⎩⎪⎨⎪⎧ x =-6,y =3,或⎩⎪⎨⎪⎧x =2,y =-1, S 四边形ABCD =16.17.(本小题满分14分)如图所示,一艘小船从河岸A 处出发渡河,小船保持与河岸垂直的方向行驶,经过10 min 到达正对岸下游120 m 的C 处,如果小船保持原来的速度逆水向上游与岸成α角的方向行驶,则经过12.5 min 恰好到达正对岸B 处,求河的宽度d .解:由题意作出示意图.图1为船第一次运动速度合成图.图2为船第二次运动速度合成图.设河水流速为v 水,船速为v 船,由题意,得两次运动时间分别为t 1=d |v 船|,t 2=d|v 船|sin α.沿河岸方向有BC =|v 水|t 1;由第二次垂直河岸,有|v 船|cos α=|v 水|.将t 1=10 min ,t 2=12.5 min ,BC =120 m 代入以上各式,解得d =200 m. 所以河的宽度为200 m.18.(本小题满分16分)已知a +b +c =0,且|a |=3,|b |=5,|c |=7. (1)求a 与b 的夹角θ;(2)是否存在实数k ,使k a +b 与a -2b 垂直?解:(1)因为a +b +c =0,所以a +b =-c ,所以|a +b |=|c |,所以(a +b )2=|c |2,即a 2+2a ·b +b 2=c 2,所以a ·b =c 2-a 2-b 22=152,所以cos θ=a ·b |a ||b |=12,所以θ=60°.(2)若存在实数k ,使k a +b 与a -2b 垂直,则(k a +b )·(a -2b )=k a 2-2b 2-2k a ·b +a ·b =-6k -852=0,解得k =-8512.所以存在实数k 使得k a +b 与a -2b 垂直.19.(本小题满分16分)以原点和A (5,2)为两个顶点作等腰直角三角形OAB ,若B =90°,求点B 和AB →的坐标.解:设B (x ,y ),则|OB →|=x 2+y 2. ∵B (x ,y ),A (5,2), ∴|AB →|=(x -5)2+(y -2)2,∴x 2+y 2=(x -5)2+(y -2)2, 即10x +4y =29.①又∵OB →⊥AB →, ∴OB →·AB →=0,又∵OB →=(x ,y ),AB →=(x -5,y -2),∴x (x -5)+y (y -2)=0,即x 2-5x +y 2-2y =0.②由①②组成方程组为⎩⎪⎨⎪⎧10x +4y =29,x 2-5x +y 2-2y =0. 解得⎩⎨⎧x 1=32,y 1=72,或⎩⎨⎧x 2=72,y 2=-32.∴B 点的坐标为⎝⎛⎭⎫32,72或⎝⎛⎭⎫72,-32. ∴AB →=⎝⎛⎭⎫-72,32或AB →=⎝⎛⎭⎫-32,-72. 20.(本小题满分16分)如图所示,在Rt △ABC 中,已知BC =a ,若长为2a 的线段PQ以点A 为中点,问PQ →与BC →夹角θ取何值时,BP →·CQ →的值最大?并求出这个最大值.解:法一:∵AB →⊥AC →,∴AB →·AC →=0, ∵AP →=-AQ →,BP →=AP →-AB →,CQ →=AQ →-AC →, ∴BP →·CQ →=(AP →-AB →)·(AQ →-AC →) =AP →·AQ →-AP →·AC →-AB →·AQ →+AB →·AC →=-a 2-AP →·AC →+AB →·AP →=-a 2+AP →·(AB →-AC →)=-a 2+12PQ →·BC →=-a 2+a 2·cos θ.故当cos θ=1即θ=0(PQ →与BC →方向相同)时,BP →·CQ →最大,其最大值为0.法二:以A 为坐标原点,两直角边AB 、AC 分别为x 轴、y 轴建立直角坐标系,如图. 设|AB →|=c ,|AC →|=b ,则A (0,0),B (c,0),C (0,b ), 且|PQ →|=2a ,|BC →|=a ,设点P (x ,y ),则Q (-x ,-y ), ∴BP →=(x -c ,y ),CQ →=(-x ,-y -b ),BC →=(-c ,b ),PQ →=(-2x ,-2y ). ∴BP →·CQ →=(x -c )·(-x )+y (-y -b )=-(x 2+y 2)+cx -by =-a 2+cx -by .∵cos θ=PQ →·BC →|PQ →|·|BC →|=cx -bya 2,∴cx -by =a 2·cos θ, ∴BP →·CQ →=-a 2+a 2cos θ.故当cos θ=1,即θ=0(PQ →与BC →方向相同)时,BP →·CQ →最大,其最大值为0.。