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    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

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    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

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