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新高考数学考前考点冲刺精练卷30《平面向量的数量积》(2份,原卷版+教师版)
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一、选择题
已知单位向量a,b的夹角为60°,则在下列向量中,与b垂直的是( )
A.a+2b B.2a+b C.a﹣2b D.2a﹣b
【答案解析】答案为:D
解析:由题意得|a|=|b|=1,设a,b的夹角为θ=60°,故a·b=|a||b|cs θ=eq \f(1,2).
对A项,(a+2b)·b=a·b+2b2=eq \f(1,2)+2=eq \f(5,2)≠0;
对B项,(2a+b)·b=2a·b+b2=2×eq \f(1,2)+1=2≠0;
对C项,(a﹣2b)·b=a·b﹣2b2=eq \f(1,2)﹣2=﹣eq \f(3,2)≠0;
对D项,(2a﹣b)·b=2a·b﹣b2=2×eq \f(1,2)﹣1=0.
已知eq \(AB,\s\up6(→))=(2,3),eq \(AC,\s\up6(→))=(3,t),|eq \(BC,\s\up6(→))|=1,则eq \(AB,\s\up6(→))·eq \(BC,\s\up6(→))等于( )
A.﹣3 B.﹣2 C.2 D.3
【答案解析】答案为:C
解析:因为eq \(BC,\s\up6(→))=eq \(AC,\s\up6(→))﹣eq \(AB,\s\up6(→))=(1,t﹣3),所以|eq \(BC,\s\up6(→))|=1,解得t=3,所以eq \(BC,\s\up6(→))=(1,0),所以eq \(AB,\s\up6(→))·eq \(BC,\s\up6(→))=2×1+3×0=2.
已知P是边长为2的正六边形ABCDEF内的一点,则eq \(AP,\s\up6(→))·eq \(AB,\s\up6(→)) 的取值范围是( )
A.(﹣2,6) B.(﹣6,2) C.(﹣2,4) D.(﹣4,6)
【答案解析】答案为:A
解析:如图,取A为坐标原点,AB所在直线为x轴建立平面直角坐标系,
则A(0,0),B(2,0),C(3,eq \r(3)),F(﹣1,eq \r(3)).设P(x,y),则eq \(AP,\s\up6(→))=(x,y),eq \(AB,\s\up6(→))=(2,0),
且﹣1<x<3.所以eq \(AP,\s\up6(→))·eq \(AB,\s\up6(→))=(x,y)·(2,0)=2x∈(﹣2,6).
在△ABC中,AC=9,∠A=60°,D点满足eq \(CD,\s\up6(→))=2eq \(DB,\s\up6(→)),AD=eq \r(37),则BC的长为( )
A.3eq \r(7) B.3eq \r(6) C.3eq \r(3) D.6
【答案解析】答案为:A
解析:因为eq \(CD,\s\up6(→))=2eq \(DB,\s\up6(→)),所以eq \(AD,\s\up6(→))=eq \(AB,\s\up6(→))+eq \(BD,\s\up6(→))=eq \(AB,\s\up6(→))+eq \f(1,3)eq \(BC,\s\up6(→))=eq \(AB,\s\up6(→))+eq \f(1,3)(eq \(AC,\s\up6(→))﹣eq \(AB,\s\up6(→)))=eq \f(2,3)eq \(AB,\s\up6(→))+eq \f(1,3)eq \(AC,\s\up6(→)),设AB=x,则eq \(AD2,\s\up6(→))=(eq \f(2,3)eq \(AB,\s\up6(→))+eq \f(1,3)eq \(AC,\s\up6(→)))2,得37=eq \f(4,9)x2+eq \f(4,9)×x×9cs 60°+eq \f(1,9)×92,即2x2+9x﹣126=0,因为x>0,故解得x=6,即AB=6,所以BC=eq \r(AB2+AC2-2AB·ACcs 60°)=eq \r(62+92-2×6×9×\f(1,2))=3eq \r(7).
已知向量a,b满足|a|=5,|b|=6,a·b=﹣6,则cs〈a,a+b〉等于( )
A.﹣eq \f(31,35) B.﹣eq \f(19,35) C.eq \f(17,35) D.eq \f(19,35)
【答案解析】答案为:D
解析:∵|a+b|2=(a+b)2=a2+2a·b+b2=25﹣12+36=49,∴|a+b|=7,∴cs〈a,a+b〉=eq \f(a·a+b,|a||a+b|)=eq \f(a2+a·b,|a||a+b|)=eq \f(25-6,5×7)=eq \f(19,35).
已知非零向量a,b满足|a|=2|b|,且(a﹣b)⊥b,则a与b的夹角为( )
A.eq \f(π,6) B.eq \f(π,3) C.eq \f(2π,3) D.eq \f(5π,6)
【答案解析】答案为:B
解析:设a与b的夹角为α,∵(a﹣b)⊥b,∴(a﹣b)·b=0,∴a·b=b2,∴|a|·|b|cs α=|b|2,又|a|=2|b|,∴cs α=eq \f(1,2),∵α∈[0,π],∴α=eq \f(π,3).
已知单位向量a,b满足a·b=0,若向量c=eq \r(7)a+eq \r(2)b,则sin〈a,c〉等于( )
A.eq \f(\r(7),3) B.eq \f(\r(2),3) C.eq \f(\r(7),9) D.eq \f(\r(2),9)
【答案解析】答案为:B
解析:方法一 设a=(1,0),b=(0,1),则c=(eq \r(7),eq \r(2)),
∴cs〈a,c〉=eq \f(a·c,|a||c|)=eq \f(\r(7),3),∴sin〈a,c〉=eq \f(\r(2),3).
方法二 a·c=a·(eq \r(7)a+eq \r(2)b)=eq \r(7)a2+eq \r(2)a·b=eq \r(7),
|c|=eq \r(\r(7)a+\r(2)b2)=eq \r(7a2+2b2+2\r(14)a·b)=eq \r(7+2)=3,
∴cs〈a,c〉=eq \f(a·c,|a||c|)=eq \f(\r(7),1×3)=eq \f(\r(7),3),∴sin〈a,c〉=eq \f(\r(2),3).
若两个非零向量a,b满足|a+b|=|a﹣b|=2|a|,则a﹣b与b的夹角为( )
A.eq \f(π,6) B.eq \f(π,3) C.eq \f(2π,3) D.eq \f(5π,6)
【答案解析】答案为:D
解析:|a+b|=|a﹣b|=2|a|,等号左右同时平方,得|a+b|2=|a﹣b|2=4|a|2,即|a|2+|b|2+2a·b=|a|2+|b|2﹣2a·b=4|a|2,所以a·b=0且|b|2=3|a|2,所以|a﹣b|=eq \r(|a-b|2)=eq \r(|a|2+|b|2-2a·b)=eq \f(2\r(3),3)|b|,所以cs〈a﹣b,b〉=eq \f(a-b·b,|a-b||b|)=eq \f(-|b|2,\f(2\r(3),3)|b|·|b|)=﹣eq \f(\r(3),2),
已知a=(﹣2,1),b=(k,﹣3),c=(1,2),若(a﹣2b)⊥c,则与b共线的单位向量为( )
A.(eq \f(2\r(5),5),﹣eq \f(\r(5),5))或(﹣eq \f(2\r(5),5),eq \f(\r(5),5)) B.(﹣eq \f(2\r(5),5),﹣eq \f(\r(5),5))或(eq \f(2\r(5),5),﹣eq \f(\r(5),5))
C.(eq \f(2\r(5),5),eq \f(\r(5),5)) D.(﹣eq \f(2\r(5),5),eq \f(\r(5),5))
【答案解析】答案为:A
解析:由题意得a﹣2b=(﹣2﹣2k,7),∵(a﹣2b)⊥c,∴(a﹣2b)·c=0,即(﹣2﹣2k,7)·(1,2)=0,﹣2﹣2k+14=0,解得k=6,∴b=(6,﹣3),∴e=±(eq \f(2\r(5),5),﹣eq \f(\r(5),5)).
圆内接四边形ABCD中,AD=2,CD=4,BD是圆的直径,则eq \(AC,\s\up6(→))·eq \(BD,\s\up6(→))等于( )
A.12 B.﹣12 C.20 D.﹣20
【答案解析】答案为:B
解析:如图所示,由题知∠BAD=∠BCD=90°,AD=2,CD=4,
∴eq \(AC,\s\up6(→))·eq \(BD,\s\up6(→))=(eq \(AD,\s\up6(→))+eq \(DC,\s\up6(→)))·eq \(BD,\s\up6(→))=eq \(AD,\s\up6(→))·eq \(BD,\s\up6(→))+eq \(DC,\s\up6(→))·eq \(BD,\s\up6(→))
=|eq \(AD,\s\up6(→))||eq \(BD,\s\up6(→))|cs∠BDA﹣|eq \(DC,\s\up6(→))||eq \(BD,\s\up6(→))|cs∠BDC=|eq \(AD,\s\up6(→))|2﹣|eq \(DC,\s\up6(→))|2=4﹣16=﹣12.
如图,在平行四边形ABCD中,点E是CD的中点,点F为线段BD上的一动点,若eq \(AF,\s\up6(→))=xeq \(AE,\s\up6(→))+yeq \(DC,\s\up6(→))(x>0,y>0),则eq \f(2-3x,4y2+1)的最大值为( )
A.eq \f(1,2) B.eq \f(3,4) C.1 D.2
【答案解析】答案为:A
解析:设BD,AE交于O,因为DE∥AB,所以△AOB∽△EOD,所以eq \f(AO,OE)=eq \f(AB,DE)=2,所以AO=2OE,则eq \(AE,\s\up6(→))=eq \f(3,2)eq \(AO,\s\up6(→)),所以eq \(AF,\s\up6(→))=xeq \(AE,\s\up6(→))+yeq \(DC,\s\up6(→))=eq \f(3,2)xeq \(AO,\s\up6(→))+yeq \(AB,\s\up6(→)),因为O,F,B三点共线,所以eq \f(3,2)x+y=1,即2﹣3x=2y,所以eq \f(2-3x,4y2+1)=eq \f(2y,4y2+1)=eq \f(2,4y+\f(1,y)),因为x>0,y>0,所以4y+eq \f(1,y)≥2eq \r(4y·\f(1,y))=4,当且仅当4y=eq \f(1,y),即y=eq \f(1,2)时等号成立,此时x=eq \f(1,3),所以eq \f(2-3x,4y2+1)=eq \f(2,4y+\f(1,y))≤eq \f(2,4)=eq \f(1,2).
已知在边长为1的正方形ABCD中,点P是对角线AC上的动点,点Q在以D为圆心、以1为半径的圆上运动,则eq \(AP,\s\up6(→))·eq \(AQ,\s\up6(→))的取值范围为( )
A.[0,2] B.[1﹣eq \r(2),2]
C.[0,eq \r(2)+1] D.[1﹣eq \r(2),1+eq \r(2)]
【答案解析】答案为:D
解析:如图分别以AB,AD所在直线为x轴、y轴,建立平面直角坐标系,
设P(t,t),Q(cs θ,1+sin θ),∴eq \(AP,\s\up6(→))=(t,t),eq \(AQ,\s\up6(→))=(cs θ,1+sin θ),t∈[0,1],θ∈[0,2π),∴eq \(AP,\s\up6(→))·eq \(AQ,\s\up6(→))=tcs θ+t+tsin θ=t[eq \r(2)sin(θ+eq \f(π,4))+1],∴eq \(AP,\s\up6(→))·eq \(AQ,\s\up6(→))∈[1﹣eq \r(2),1+eq \r(2)],∴eq \(AP,\s\up6(→))·eq \(AQ,\s\up6(→))的取值范围为[1﹣eq \r(2),1+eq \r(2)].
二、填空题
已知向量a=(1,3),b=(3,4),若(a﹣λb)⊥b,则λ=________.
【答案解析】答案为:eq \f(3,5).
解析:方法一 a﹣λb=(1﹣3λ,3﹣4λ),∵(a﹣λb)⊥b,∴(a﹣λb)·b=0,即(1﹣3λ,3﹣4λ)·(3,4)=0,∴3﹣9λ+12﹣16λ=0,解得λ=eq \f(3,5).方法二 由(a﹣λb)⊥b可知,(a﹣λb)·b=0,即a·b﹣λb2=0,从而λ=eq \f(a·b,b2)=eq \f(1,3·3,4,32+42)=eq \f(15,25)=eq \f(3,5).
已知e1,e2是两个单位向量,且|e1+e2|=eq \r(3),则|e1﹣e2|=________.
【答案解析】答案为:1.
解析:由|e1+e2|=eq \r(3),两边平方,得eeq \\al(2,1)+2e1·e2+eeq \\al(2,2)=3.又e1,e2是单位向量,所以2e1·e2=1,所以|e1﹣e2|2=eeq \\al(2,1)﹣2e1·e2+eeq \\al(2,2)=1,所以|e1﹣e2|=1.
在△ABC中,M是BC的中点,AM=3,BC=10,则eq \(AB,\s\up6(→))·eq \(AC,\s\up6(→))=________.
【答案解析】答案为:﹣16.
解析:如图所示,由极化恒等式,易得eq \(AB,\s\up6(→))·eq \(AC,\s\up6(→))=eq \(AM,\s\up6(→))2﹣eq \(MB,\s\up6(→))2=32﹣52=﹣16.
设a,b为单位向量,且|a+b|=1,则|a﹣b|=________.
【答案解析】答案为:eq \r(3)
解析:将|a+b|=1两边平方,得a2+2a·b+b2=1.∵a2=b2=1,∴1+2a·b+1=1,即2a·b=﹣1.∴|a﹣b|=eq \r(a-b2)=eq \r(a2-2a·b+b2)=eq \r(3).
已知在面积为eq \r(3)的△ABC中,sin2C=sin2A+sin2B﹣sin Asin B,eq \(CB,\s\up6(→))=3eq \(CD,\s\up6(→)),P为AD上一点,且满足eq \(CP,\s\up6(→))=eq \f(1,2)eq \(CA,\s\up6(→))+meq \(CB,\s\up6(→)),则|eq \(CP,\s\up6(→))|的最小值为________.
【答案解析】答案为:1
解析:在△ABC中,设角A,B,C所对的边的长为a,b,c,
因为sin2C=sin2A+sin2B﹣sin Asin B,所以由正弦定理得c2=a2+b2﹣ab,
则cs C=eq \f(a2+b2-c2,2ab)=eq \f(1,2),所以C=60°,因为A,P,D三点共线,
所以eq \(CP,\s\up6(→))=λeq \(CA,\s\up6(→))+(1﹣λ)eq \(CD,\s\up6(→)),即eq \(CP,\s\up6(→))=λeq \(CA,\s\up6(→))+(1﹣λ)·eq \f(1,3)eq \(CB,\s\up6(→)),所以λ=eq \f(1,2),即eq \(CP,\s\up6(→))=eq \f(1,2)eq \(CA,\s\up6(→))+eq \f(1,6)eq \(CB,\s\up6(→)),
而S△ABC=eq \f(1,2)absin C=eq \r(3)⇒ab=4,所以|eq \(CP,\s\up6(→))|=eq \r(\f(1,4)\(CA,\s\up6(→))2+\f(1,6)|\(CB,\s\up6(→))|·|\(CA,\s\up6(→))|cs C+\f(1,36)\(CB,\s\up6(→))2)=eq \r(\f(1,4)\(CA,\s\up6(→))2+\f(1,36)\(CB,\s\up6(→))2+\f(1,3))≥eq \r(2×\f(1,2)b×\f(1,6)a+\f(1,3))=eq \r(2×\f(1,12)×4+\f(1,3))=1,当且仅当a=3b时等号成立.
已知AB为圆x2+y2=1的一条直径,点P为直线x﹣y+2=0上任意一点,则eq \(PA,\s\up6(→))·eq \(PB,\s\up6(→))的最小值是________.
【答案解析】答案为:1
解析:如图所示,由极化恒等式易知,当OP垂直于直线x﹣y+2=0时,eq \(PA,\s\up6(→))·eq \(PB,\s\up6(→))有最小值,即
eq \(PA,\s\up6(→))·eq \(PB,\s\up6(→))=eq \(PO,\s\up6(→))2﹣eq \(OB,\s\up6(→))2=(eq \r(2))2﹣12=1.
三、解答题
在△ABC中,BC的中点为D,设向量eq \(AB,\s\up6(→))=a,eq \(AC,\s\up6(→))=b.
(1)用a,b表示向量eq \(AD,\s\up6(→));
(2)若向量a,b满足|a|=3,|b|=2,〈a,b〉=60°,求eq \(AB,\s\up6(→))·eq \(AD,\s\up6(→))的值.
【答案解析】解:(1)eq \(AD,\s\up6(→))=eq \f(1,2)(eq \(AB,\s\up6(→))+eq \(AC,\s\up6(→)))=eq \f(1,2)a+eq \f(1,2)b,所以eq \(AD,\s\up6(→))=eq \f(1,2)a+eq \f(1,2)b.
(2)eq \(AB,\s\up6(→))·eq \(AD,\s\up6(→))=a·(eq \f(1,2)a+eq \f(1,2)b)=eq \f(1,2)a2+eq \f(1,2)a·b=eq \f(1,2)×32+eq \f(1,2)×3×2×cs 60°=6,
所以eq \(AB,\s\up6(→))·eq \(AD,\s\up6(→))=6.
已知向量m=(eq \r(3)sin x,cs x﹣1),n=(cs x,cs x+1),若f(x)=m·n.
(1)求函数f(x)的单调递增区间;
(2)在Rt△ABC中,角A,B,C的对边分别为a,b,c,若∠A=90°,f(C)=0,c=eq \r(3),CD为∠BCA的角平分线,E为CD的中点,求BE的长.
【答案解析】解:(1)f(x)=m·n=eq \r(3)sin x·cs x+cs2x﹣1
=eq \f(\r(3),2)sin 2x+eq \f(1,2)cs 2x﹣eq \f(1,2)=sin(2x+eq \f(π,6))﹣eq \f(1,2).
令2x+eq \f(π,6)∈[2kπ﹣eq \f(π,2),2kπ+eq \f(π,2)](k∈Z),则x∈[kπ﹣eq \f(π,3),kπ+eq \f(π,6)](k∈Z).
所以函数f(x)的单调递增区间为[kπ﹣eq \f(π,3),kπ+eq \f(π,6)](k∈Z).
(2)f(C)=sin(2C+eq \f(π,6))﹣eq \f(1,2)=0,sin(2C+eq \f(π,6))=eq \f(1,2),
又C∈(0,eq \f(π,2)),所以C=eq \f(π,3).
在△ACD中,CD=eq \f(2\r(3),3),在△BCE中,BE=eq \f(\r(21),3).
已知向量a=(cs θ,sin θ),b=(cs φ,sin φ).
(1)若|θ﹣φ|=eq \f(π,3),求|a﹣b|的值;
(2)若θ+φ=eq \f(π,3),记f(θ)=a·b﹣λ|a+b|,θ∈[0,eq \f(π,2)],当1≤λ≤2时,求f(θ)的最小值.
【答案解析】解:(1)∵向量a=(cs θ,sin θ),b=(cs φ,sin φ),
∴a﹣b=(cs θ﹣cs φ,sin θ﹣sin φ),
∴|a﹣b|2=(cs θ﹣cs φ)2+(sin θ﹣sin φ)2
=2﹣2cs(θ﹣φ).
∵|θ﹣φ|=eq \f(π,3),∴θ﹣φ=±eq \f(π,3),
∴|a﹣b|2=2﹣2cs eq \f(π,3)=2﹣1=1,或2﹣2cs(﹣eq \f(π,3))=2﹣1=1,
∴|a﹣b|=1.
(2)∵θ+φ=eq \f(π,3),θ∈[0,eq \f(π,2)],
∴a·b=cs θcs φ+sin θsin φ=cs(θ﹣φ)=cs(2θ﹣eq \f(π,3)),
|a+b|= SKIPIF 1 < 0 =2|cs(θ﹣eq \f(π,6))|=2cs(θ﹣eq \f(π,6)),
∴f(θ)=a·b﹣λ|a+b|=cs(2θ﹣eq \f(π,3))﹣2λcs(θ﹣eq \f(π,6))
=2cs2(θ﹣eq \f(π,6))﹣2λcs(θ﹣eq \f(π,6))﹣1.
令t=cs(θ﹣eq \f(π,6)),则t∈[eq \f(1,2),1],
∴g(t)=2t2﹣2λt﹣1=2(t﹣eq \f(λ,2))2﹣eq \f(λ2,2)﹣1.
又1≤λ≤2,eq \f(1,2)≤eq \f(λ,2)≤1,
∴当t=eq \f(λ,2)时,g(t)有最小值﹣eq \f(λ2,2)﹣1,
∴f(θ)的最小值为﹣eq \f(λ2,2)﹣1.
已知向量a=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(sinx,\f(3,4))),b=(csx,-1).
(1)当a∥b时,求cs2x-sin2x的值;
(2)设函数f(x)=2(a+b)·b,已知在△ABC中,内角A,B,C的对边分别为a,b,c.若a=eq \r(3),b=2,sinB=eq \f(\r(6),3),求f(x)+4cseq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2A+\f(π,6)))eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x∈\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(0,\f(π,3)))))的取值范围.
【答案解析】解:(1)因为a∥b,所以eq \f(3,4)csx+sinx=0,所以tanx=-eq \f(3,4).
cs2x-sin2x=eq \f(cs2x-2sinxcsx,sin2x+cs2x)=eq \f(1-2tanx,1+tan2x)=eq \f(8,5).
(2)f(x)=2(a+b)·b=2eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(sinx+csx,-\f(1,4)))·(csx,-1)
=sin2x+cs2x+eq \f(3,2)=eq \r(2)sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2x+\f(π,4)))+eq \f(3,2).
由正弦定理eq \f(a,sinA)=eq \f(b,sinB),得sinA=eq \f(asinB,b)=eq \f(\r(3)×\f(\r(6),3),2)=eq \f(\r(2),2),所以A=eq \f(π,4)或A=eq \f(3π,4).
因为b>a,所以A=eq \f(π,4).所以f(x)+4cseq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2A+\f(π,6)))=eq \r(2)sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2x+\f(π,4)))-eq \f(1,2),
因为x∈eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(0,\f(π,3))),所以2x+eq \f(π,4)∈eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(π,4),\f(11π,12))),
所以eq \f(\r(3),2)-1≤f(x)+4cseq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2A+\f(π,6)))≤ eq \r(2)-eq \f(1,2).所以
f(x)+4cseq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2A+\f(π,6)))eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x∈\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(0,\f(π,3)))))的取值范围是eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(\r(3),2)-1,\r(2)-\f(1,2))).
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