![高中数学必修二 6.3.5平面向量数量积的坐标表示第1页](http://img-preview.51jiaoxi.com/3/3/13488821/0/0.jpg?x-oss-process=image/resize,w_794,m_lfit,g_center/sharpen,100)
![高中数学必修二 6.3.5平面向量数量积的坐标表示第2页](http://img-preview.51jiaoxi.com/3/3/13488821/0/1.jpg?x-oss-process=image/resize,w_794,m_lfit,g_center/sharpen,100)
![高中数学必修二 6.3.5平面向量数量积的坐标表示第3页](http://img-preview.51jiaoxi.com/3/3/13488821/0/2.jpg?x-oss-process=image/resize,w_794,m_lfit,g_center/sharpen,100)
数学必修 第二册6.3 平面向量基本定理及坐标表示教案及反思
展开
这是一份数学必修 第二册6.3 平面向量基本定理及坐标表示教案及反思,共11页。
问题导学
预习教材P34-P35的内容,思考以下问题:
1.平面向量数量积的坐标表示是什么?
2.如何用坐标表示向量的模、夹角和垂直?
1.平面向量数量积的坐标表示
已知a=(x1,y1),b=(x2,y2),则a·b=x1x2+y1y2.
即两个向量的数量积等于它们对应坐标的乘积的和.
■名师点拨
公式a·b=|a||b|cs〈a,b〉与a·b=x1x2+y1y2都是用来求两向量的数量积的,没有本质区别,只是书写形式上的差异,两者可以相互推导.
2.两个公式、一个充要条件
(1)向量的模长公式:若a=(x,y),则|a|=eq \r(x2+y2).
(2)向量的夹角公式:设a,b都是非零向量,a=(x1,y1),b=(x2,y2),θ是a与b的夹角,则cs θ=eq \f(a·b,|a||b|)=eq \f(x1x2+y1y2,\r(xeq \\al(2,1)+yeq \\al(2,1))\r(xeq \\al(2,2)+yeq \\al(2,2))).
(3)两个向量垂直的充要条件
设非零向量a=(x1,y1),b=(x2,y2),则a⊥b⇔x1x2+y1y2=0.
■名师点拨
若A(x1,y1),B(x2,y2),则eq \(AB,\s\up6(→))=(x2-x1,y2-y1),
|eq \(AB,\s\up6(→))|=eq \r((x2-x1)2+(y2-y1)2),即A,B两点间的距离为eq \r((x2-x1)2+(y2-y1)2).
判断(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)向量的模等于向量坐标的平方和.( )
(2)|eq \(AB,\s\up6(→))|的计算公式与A,B两点间的距离公式是一致的.( )
答案:(1)× (2)√
已知a=(-3,4),b=(5,2),则a·b的值是( )
A.23 B.7 C.-23 D.-7
答案:D
已知向量a=(1,-2),b=(x,2),若a⊥b,则x=( )
A.1 B.2
C.4 D.-4
答案:C
已知a=(eq \r(3),1),b=(-eq \r(3),1),则向量a,b的夹角θ=______.
答案:120°
数量积的坐标运算
已知向量a=(1,-1),b=(-1,2),则(2a+b)·a=( )
A.-1 B.0
C.1 D.2
【解析】 因为a=(1,-1),b=(-1,2),
所以(2a+b)·a=(1,0)·(1,-1)=1.
【答案】 C
eq \a\vs4\al()
数量积坐标运算的两个途径
一是先将各向量用坐标表示,直接进行数量积运算;二是先利用数量积的运算律将原式展开,再依据已知计算.
1.设向量a=(1,-2),向量b=(-3,4),向量c=(3,2),则向量(a+2b)·c=( )
A.(-15,12) B.0 C.-3 D.-11
解析:选C.依题意可知,
a+2b=(1,-2)+2(-3,4)=(-5,6),
所以(a+2b)·c=(-5,6)·(3,2)=-5×3+6×2=-3.
2.已知正方形ABCD的边长为2,E为CD的中点,点F在AD上,eq \(AF,\s\up6(→))=2eq \(FD,\s\up6(→)),则eq \(BE,\s\up6(→))·eq \(CF,\s\up6(→))=________.
解析:建立平面直角坐标系如图所示,则A(0,2),E(2,1),D(2,2),B(0,0),C(2,0),
因为eq \(AF,\s\up6(→))=2eq \(FD,\s\up6(→)),所以F(eq \f(4,3),2).
所以eq \(BE,\s\up6(→))=(2,1),eq \(CF,\s\up6(→))=(eq \f(4,3),2)-(2,0)=(-eq \f(2,3),2),
所以eq \(BE,\s\up6(→))·eq \(CF,\s\up6(→))=(2,1)·(-eq \f(2,3),2)
=2×(-eq \f(2,3))+1×2=eq \f(2,3).
答案:eq \f(2,3)
平面向量的模
(1)设平面向量a=(1,2),b=(-2,y),若a∥b则|3a+b|等于( )
A.eq \r(5) B.eq \r(6)
C.eq \r(17) D.eq \r(26)
(2)已知|a|=2eq \r(13),b=(2,-3),若a⊥b,求a+b的坐标及|a+b|.
【解】 (1)选A.因为a∥b,所以1×y-2×(-2)=0,
解得y=-4,从而3a+b=(1,2),|3a+b|=eq \r(5).
(2)设a=(x,y),
则由|a|=2eq \r(13),得x2+y2=52.①
由a⊥b,解得2x-3y=0.②
联立①②,解得eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(x=6,,y=4))或eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(x=-6,,y=-4.))
所以 a=(6,4)或a=(-6,-4).
所以a+b=(8,1)或a+b=(-4,-7),
所以|a+b|=eq \r(65).
eq \a\vs4\al()
求向量的模的两种基本策略
(1)字母表示下的运算
利用|a|2=a2,将向量的模的运算转化为向量与向量的数量积的问题.
(2)坐标表示下的运算
若a=(x,y),则a·a=a2=|a|2=x2+y2,于是有|a|= eq \r(x2+y2).
已知点A(0,1),B(1,-2),向量eq \(AC,\s\up6(→))=(4,-1),则|eq \(BC,\s\up6(→))|=________.
解析:设C(x,y),因为点A(0,1),向量eq \(AC,\s\up6(→))=(4,-1),所以eq \(AC,\s\up6(→))=(x,y-1)=(4,-1),所以eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(x=4,,y-1=-1,))解得x=4,y=0,所以C(4,0),
所以eq \(BC,\s\up6(→))=(3,2),|eq \(BC,\s\up6(→))|=eq \r(9+4)=eq \r(13).
答案:eq \r(13)
平面向量的夹角(垂直)
已知a=(4,3),b=(-1,2).
(1)求a与b夹角的余弦值;
(2)若(a-λb)⊥(2a+b),求实数λ的值.
【解】 (1)因为a·b=4×(-1)+3×2=2,
|a|=eq \r(42+32)=5,|b|=eq \r((-1)2+22)=eq \r(5),设a与b的夹角为θ,所以cs θ=eq \f(a·b,|a||b|)=eq \f(2,5\r(5))=eq \f(2\r(5),25).
(2)因为a-λb=(4+λ,3-2λ),2a+b=(7,8),
又(a-λb)⊥(2a+b),
所以7(4+λ)+8(3-2λ)=0,所以λ=eq \f(52,9).
eq \a\vs4\al()
利用数量积求两向量夹角的步骤
1.已知向量a=(1,eq \r(3)),b=(3,m).若向量a,b的夹角为eq \f(π,6),则实数m=( )
A.2eq \r(3) B.eq \r(3)
C.0 D.-eq \r(3)
解析:选B.因为a=(1,eq \r(3)),b=(3,m).所以|a|=2,|b|=eq \r(9+m2),a·b=3+eq \r(3)m,
又a,b的夹角为eq \f(π,6),所以eq \f(a·b,|a|·|b|)=cs eq \f(π,6),即eq \f(3+\r(3)m,2\r(9+m2))=eq \f(\r(3),2),所以eq \r(3)+m=eq \r(9+m2),解得m=eq \r(3).
2.已知A(-2,1),B(6,-3),C(0,5),则△ABC的形状是( )
A.直角三角形 B.锐角三角形
C.钝角三角形 D.等边三角形
解析:选A.由题设知eq \(AB,\s\up6(→))=(8,-4),eq \(AC,\s\up6(→))=(2,4),eq \(BC,\s\up6(→))=(-6,8),所以eq \(AB,\s\up6(→))·eq \(AC,\s\up6(→))=2×8+(-4)×4=0,即eq \(AB,\s\up6(→))⊥eq \(AC,\s\up6(→)).所以∠BAC=90°,故△ABC是直角三角形.
1.已知向量a=(2,0),a-b=(3,1),则下列结论正确的是( )
A.a·b=2 B.a∥b
C.b⊥(a+b) D.|a|=|b|
解析:选C.因为向量a=(2,0),a-b=(3,1),设b=(x,y),则eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(2-x=3,,0-y=1,))解得eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(x=-1,,y=-1,))所以b=(-1,-1),a+b=(1,-1),b·(a+b)=-1×1+(-1)×(-1)=0,所以b⊥(a+b).
2.在平面直角坐标系xOy中,已知四边形ABCD是平行四边形,eq \(AB,\s\up6(→))=(1,-2),eq \(AD,\s\up6(→))=(2,1),则eq \(AD,\s\up6(→))·eq \(AC,\s\up6(→))=________.
解析:由四边形ABCD为平行四边形,知eq \(AC,\s\up6(→))=eq \(AB,\s\up6(→))+eq \(AD,\s\up6(→))=(3,-1),故eq \(AD,\s\up6(→))·eq \(AC,\s\up6(→))=(2,1)·(3,-1)=5.
答案:5
3.已知a=(1,eq \r(3)),b=(2,m).
(1)当3a-2b与a垂直时,求m的值;
(2)当a与b的夹角为120°时,求m的值.
解:(1)由题意得3a-2b=(-1,3eq \r(3)-2m),
由3a-2b与a垂直,得-1+9-2eq \r(3)m=0,
所以m=eq \f(4\r(3),3).
(2)由题意得|a|=2,|b|=eq \r(m2+4),a·b=2+eq \r(3)m,
所以cs 120°=eq \f(a·b,|a|·|b|)=eq \f(2+\r(3)m,2\r(m2+4))=-eq \f(1,2),
整理得2+eq \r(3)m+eq \r(m2+4)=0,
化简得m2+2eq \r(3)m=0,
解得m=-2eq \r(3)或m=0(舍去).
所以m=-2eq \r(3).
[A 基础达标]
1.已知向量a=(2,1),b=(-1,k),a·(2a-b)=0,则k=( )
A.-12 B.-6
C.6 D.12
解析:选D.2a-b=(4,2)-(-1,k)=(5,2-k),由a·(2a-b)=0,得(2,1)·(5,2-k)=0,所以10+2-k=0,解得k=12.
2.已知向量a=(1,n),b=(-1,n),若2a-b与b垂直,则|a|等于( )
A.0 B.1
C.-2 D.2
解析:选D.2a-b=(3,n),由2a-b与b垂直可得(3,n)·(-1,n)=-3+n2=0,所以n2=3,所以|a|=2.
3.已知平面向量a=(2,4),b=(-1,2),若c=a-(a·b)b,则|c|等于( )
A.4eq \r(2) B.2eq \r(5)
C.8 D.8eq \r(2)
解析:选D.易得a·b=2×(-1)+4×2=6,所以c=(2,4)-6(-1,2)=(8,-8),所以|c|=eq \r(82+(-8)2)=8eq \r(2).
4.(2019·河北衡水中学检测)设向量a=(eq \r(3),1),b=(x,-3),c=(1,-eq \r(3)),若b∥c,则a-b与b的夹角为( )
A.30° B.60°
C.120° D.150°
解析:选D.因为b∥c,所以-eq \r(3)x=(-3)×1,所以x=eq \r(3),所以b=(eq \r(3),-3),a-b=(0,4).所以a-b与b的夹角的余弦值为eq \f(b·(a-b),|a-b||b|)=eq \f(-12,4×2\r(3))=-eq \f(\r(3),2),所以a-b与b的夹角为150°.
5.已知O为坐标原点,向量eq \(OA,\s\up6(→))=(2,2),eq \(OB,\s\up6(→))=(4,1),在x轴上有一点P使得eq \(AP,\s\up6(→))·eq \(BP,\s\up6(→))有最小值,则点P的坐标是( )
A.(-3,0) B.(2,0)
C.(3,0) D.(4,0)
解析:选C.设点P的坐标为(x,0),则eq \(AP,\s\up6(→))=(x-2,-2),eq \(BP,\s\up6(→))=(x-4,-1).
eq \(AP,\s\up6(→))·eq \(BP,\s\up6(→))=(x-2)(x-4)+(-2)×(-1)
=x2-6x+10=(x-3)2+1,
所以当x=3时,eq \(AP,\s\up6(→))·eq \(BP,\s\up6(→))有最小值1.
此时点P的坐标为(3,0).
6.设a=(m+1,-3),b=(1,m-1),若(a+b)⊥(a-b),则m=________.
解析:a+b=(m+1,-3)+(1,m-1)=(m+2,m-4),
a-b=(m+1,-3)-(1,m-1)=(m,-2-m),
因为(a+b)⊥(a-b),所以(a+b)·(a-b)=0,
即(m+2,m-4)·(m,-m-2)=0,
所以m2+2m-m2+2m+8=0,解得m=-2.
答案:-2
7.(2019·陕西咸阳检测)已知向量a=(-2,1),b=(λ,eq \f(1,2)),且|λa+b|=eq \f(\r(13),2),则λ=________.
解析:由已知易得λa+b=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-λ,λ+\f(1,2))),则(-λ)2+eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(λ+\f(1,2)))eq \s\up12(2)=eq \f(13,4),解得λ=1或λ=-eq \f(3,2).
答案:1或-eq \f(3,2)
8.已知向量a=(cs θ,sin θ),向量b=(eq \r(3),0),则|2a-b|的最大值为______.
解析:2a-b=(2cs θ-eq \r(3),2sin θ),
|2a-b|=eq \r((2cs θ-\r(3))2+(2sin θ)2)
=eq \r(4cs2θ-4\r(3)cs θ+3+4sin2 θ)=eq \r(7-4\r(3)cs θ),
当且仅当cs θ=-1时,|2a-b|取最大值2+eq \r(3).
答案:2+eq \r(3)
9.已知a=(1,2),b=(-3,2).
(1)求a-b及|a-b|;
(2)若ka+b与a-b垂直,求实数k的值.
解:(1)a-b=(4,0),|a-b|=eq \r(42+02)=4.
(2)ka+b=(k-3,2k+2),a-b=(4,0),
因为ka+b与a-b垂直,
所以(ka+b)·(a-b)=4(k-3)+(2k+2)·0=0,
解得k=3.
10.(2019·重庆第一中学第一次月考)已知向量a,b,c是同一平面内的三个向量,其中a=(1,-1).
(1)若|c|=3eq \r(2),且c∥a,求向量c的坐标;
(2)若b是单位向量,且a⊥(a-2b),求a与b的夹角θ.
解:(1)设c=(x,y),由|c|=3eq \r(2),c∥a可得
eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(y+x=0,,x2+y2=18,))所以eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(x=-3,,y=3,))或eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(x=3,,y=-3,))
故c=(-3,3)或c=(3,-3).
(2)因为|a|=eq \r(2),且a⊥(a-2b),所以a·(a-2b)=0,即a2-2a·b=0,所以a·b=1,故cs θ=eq \f(a·b,|a|·|b|)=eq \f(\r(2),2),所以θ=eq \f(π,4).
[B 能力提升]
11.已知向量a=(1,2),b=(-2,-4),|c|=eq \r(5),若(a+b)·c=eq \f(5,2),则a与c的夹角大小为( )
A.30° B.60°
C.120° D.150°
解析:选C.设a与c的夹角为θ,依题意,得
a+b=(-1,-2),|a|=eq \r(5).
设c=(x,y),因为(a+b)·c=eq \f(5,2),
所以x+2y=-eq \f(5,2).又a·c=x+2y,
所以cs θ=eq \f(a·c,|a||c|)=eq \f(x+2y,\r(5)×\r(5))=eq \f(-\f(5,2),5)=-eq \f(1,2),
所以a与c的夹角为120°.
12.在边长为1的正方形ABCD中,M为BC的中点,点E在线段AB上运动,则eq \(EM,\s\up6(→))·eq \(EC,\s\up6(→))的取值范围是( )
A.eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(1,2),2)) B.eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(0,\f(3,2)))
C.eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(1,2),\f(3,2))) D.eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(0,1))
解析:选C.以A为坐标原点建立如图所示的平面直角坐标系,设E(x,0),0≤x≤1.因为Meq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(1,\f(1,2))),C(1,1),所以eq \(EM,\s\up6(→))=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(1-x,\f(1,2))),eq \(EC,\s\up6(→))=(1-x,1),所以eq \(EM,\s\up6(→))·eq \(EC,\s\up6(→))=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(1-x,\f(1,2)))·(1-x,1)=(1-x)2+eq \f(1,2).因为0≤x≤1,所以eq \f(1,2)≤(1-x)2+eq \f(1,2)≤eq \f(3,2),即eq \(EM,\s\up6(→))·eq \(EC,\s\up6(→))的取值范围是eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(1,2),\f(3,2))).
13.已知点A,B,C满足|eq \(AB,\s\up6(→))|=3,|eq \(BC,\s\up6(→))|=4,|eq \(CA,\s\up6(→))|=5,则eq \(AB,\s\up6(→))·eq \(BC,\s\up6(→))+eq \(BC,\s\up6(→))·eq \(CA,\s\up6(→))+eq \(CA,\s\up6(→))·eq \(AB,\s\up6(→))的值为________.
解析:法一:(定义法)如图,根据题意可得△ABC为直角三角形,且B=eq \f(π,2),cs A=eq \f(3,5),cs C=eq \f(4,5),
所以eq \(AB,\s\up6(→))·eq \(BC,\s\up6(→))+eq \(BC,\s\up6(→))·eq \(CA,\s\up6(→))+eq \(CA,\s\up6(→))·eq \(AB,\s\up6(→))
=eq \(BC,\s\up6(→))·eq \(CA,\s\up6(→))+eq \(CA,\s\up6(→))·eq \(AB,\s\up6(→))
=4×5cs(π-C)+5×3cs(π-A)
=-20cs C-15cs A
=-20×eq \f(4,5)-15×eq \f(3,5)
=-25.
法二:(坐标法)如图,建立平面直角坐标系,
则A(3,0),B(0,0),C(0,4).
所以eq \(AB,\s\up6(→))=(-3,0),eq \(BC,\s\up6(→))=(0,4),eq \(CA,\s\up6(→))=(3,-4).
所以eq \(AB,\s\up6(→))·eq \(BC,\s\up6(→))=-3×0+0×4=0,
eq \(BC,\s\up6(→))·eq \(CA,\s\up6(→))=0×3+4×(-4)=-16,
eq \(CA,\s\up6(→))·eq \(AB,\s\up6(→))=3×(-3)+(-4)×0=-9.
所以eq \(AB,\s\up6(→))·eq \(BC,\s\up6(→))+eq \(BC,\s\up6(→))·eq \(CA,\s\up6(→))+eq \(CA,\s\up6(→))·eq \(AB,\s\up6(→))=0-16-9=-25.
法三:(转化法)因为|eq \(AB,\s\up6(→))|=3,|eq \(BC,\s\up6(→))|=4,|eq \(AC,\s\up6(→))|=5,
所以AB⊥BC,所以eq \(AB,\s\up6(→))·eq \(BC,\s\up6(→))=0,
所以eq \(AB,\s\up6(→))·eq \(BC,\s\up6(→))+eq \(BC,\s\up6(→))·eq \(CA,\s\up6(→))+eq \(CA,\s\up6(→))·eq \(AB,\s\up6(→))=eq \(CA,\s\up6(→))·(eq \(AB,\s\up6(→))+eq \(BC,\s\up6(→)))
=eq \(CA,\s\up6(→))·eq \(AC,\s\up6(→))=-|eq \(AC,\s\up6(→))|2=-25.
答案:-25
14.已知向量a=(1,eq \r(3)),b=(-2,0).
(1)求a-b的坐标以及a-b与a之间的夹角;
(2)当t∈[-1,1]时,求|a-tb|的取值范围.
解:(1)因为向量a=(1,eq \r(3)),b=(-2,0),
所以a-b=(1,eq \r(3))-(-2,0)=(3,eq \r(3)),
所以cs〈a-b,a〉=eq \f((a-b)·a,|a-b|·|a|)=eq \f(6,4\r(3))=eq \f(\r(3),2).
因为〈a-b,a〉∈[0,π],所以向量a-b与a的夹角为eq \f(π,6).
(2)|a-tb|2=a2-2ta·b+t2b2=4t2+4t+4=4eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(t+\f(1,2)))eq \s\up12(2)+3.易知当t∈[-1,1]时,|a-tb|2∈[3,12],所以|a-tb|的取值范围是[eq \r(3),2eq \r(3) ].
[C 拓展探究]
15.已知三个点A(2,1),B(3,2),D(-1,4).
(1)求证:AB⊥AD;
(2)要使四边形ABCD为矩形,求点C的坐标,并求矩形ABCD两条对角线所夹的锐角的余弦值.
解:(1)证明:因为A(2,1),B(3,2),D(-1,4),所以eq \(AB,\s\up6(→))=(1,1),eq \(AD,\s\up6(→))=(-3,3).
eq \(AB,\s\up6(→))·eq \(AD,\s\up6(→))=1×(-3)+1×3=0,
所以eq \(AB,\s\up6(→))⊥eq \(AD,\s\up6(→)),所以AB⊥AD.
(2)因为eq \(AB,\s\up6(→))⊥eq \(AD,\s\up6(→)),四边形ABCD为矩形,
所以eq \(AB,\s\up6(→))=eq \(DC,\s\up6(→)).
设点C的坐标为(x,y),则eq \(DC,\s\up6(→))=(x+1,y-4).
又因为eq \(AB,\s\up6(→))=(1,1),所以eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(x+1=1,,y-4=1,))解得eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(x=0,,y=5.))所以点C的坐标为(0,5).所以eq \(AC,\s\up6(→))=(-2,4).
又eq \(BD,\s\up6(→))=(-4,2),
所以|eq \(AC,\s\up6(→))|=2eq \r(5),|eq \(BD,\s\up6(→))|=2eq \r(5),
eq \(AC,\s\up6(→))·eq \(BD,\s\up6(→))=8+8=16.
设eq \(AC,\s\up6(→))与eq \(BD,\s\up6(→))的夹角为θ,
则cs θ=eq \f(\(AC,\s\up6(→))·\(BD,\s\up6(→)),|\(AC,\s\up6(→))||\(BD,\s\up6(→))|)=eq \f(16,2\r(5)×2\r(5))=eq \f(4,5).
故矩形ABCD的两条对角线所夹的锐角的余弦值为eq \f(4,5).
考点
学习目标
核心素养
平面向量数量积的坐标表示
掌握平面向量数量积的坐标表示,
会用向量的坐标形式求数量积
数学运算
平面向量的模与夹角的坐标表示
能根据向量的坐标计算向量的模、
夹角及判定两个向量垂直
数学运算、逻辑推理
相关教案
这是一份人教A版 (2019)必修 第二册6.3 平面向量基本定理及坐标表示教案设计,共4页。
这是一份高中数学人教A版 (2019)必修 第二册第六章 平面向量及其应用6.3 平面向量基本定理及坐标表示教案设计,共4页。
这是一份人教A版 (2019)必修 第二册6.3 平面向量基本定理及坐标表示教案设计,共7页。