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第6章平面向量及其应用6.2.2向量的减法运算学案含解析
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这是一份第6章平面向量及其应用6.2.2向量的减法运算学案含解析,共11页。
6.2.2 向量的减法运算一架飞机由天津―→香港,再由香港―→天津.问题:飞机的两次位移分别是什么?它们之间有什么关系?知识点 向量的减法运算1.相反向量(1)定义:与向量a长度相等,方向相反的向量,叫做a的相反向量,记作-a.(2)性质:①-(-a)=a.②对于相反向量有:a+(-a)=(-a)+a=0.③若a,b互为相反向量,则a=-b,b=-a,a+b=0.2.向量的减法(1)定义:向量a加上b的相反向量,叫做a与b的差,即a-b=a+(-b).求两个向量差的运算叫做向量的减法.(2)作法:在平面内任取一点O,作eq \o(OA,\s\up7(→))=a,eq \o(OB,\s\up7(→))=b,则向量eq \o(BA,\s\up7(→))=a-b,如图所示.在什么条件下,|a-b|=|a|+|b|?[提示] 当a,b至少有一者为0或a,b非零且反向时成立.1.思考辨析(正确的画“√”,错误的画“×”)(1)0-a=-a. ( )(2)-(-a)=a. ( )(3)a+(-a)=0. ( )(4)a+0=a. ( )(5)a-b=a+(-b). ( )(6)a+(-a)=0. ( )[答案] (1)√ (2)√ (3)√ (4)√ (5)√ (6)×2.非零向量m与n是相反向量,下列不正确的是( )A.m=n B.m=-nC.|m|=|n| D.方向相反A [由条件可知,当m≠0且n≠0时,B,C,D项都成立,故选A.]3.化简eq \o(OP,\s\up7(→))-eq \o(QP,\s\up7(→))+eq \o(PS,\s\up7(→))+eq \o(SP,\s\up7(→))的结果等于( )A.eq \o(QP,\s\up7(→)) B.eq \o(OQ,\s\up7(→)) C.eq \o(SP,\s\up7(→)) D.eq \o(SQ,\s\up7(→))B [原式=(eq \o(OP,\s\up7(→))+eq \o(PQ,\s\up7(→)))+(eq \o(PS,\s\up7(→))+eq \o(SP,\s\up7(→)))=eq \o(OQ,\s\up7(→))+0=eq \o(OQ,\s\up7(→)).]4.如图,在▱ABCD中,eq \o(AB,\s\up7(→))=a,eq \o(AD,\s\up7(→))=b,用a,b表示向量eq \o(AC,\s\up7(→)),eq \o(BD,\s\up7(→)),则eq \o(AC,\s\up7(→))=________,eq \o(BD,\s\up7(→))=________.a+b b-a [由向量加法的平行四边形法则,及向量减法的运算法则可知eq \o(AC,\s\up7(→))=a+b,eq \o(BD,\s\up7(→))=b-a.] 类型1 向量减法的几何意义【例1】 (1)如图所示,四边形ABCD中,若eq \o(AB,\s\up7(→))=a,eq \o(AD,\s\up7(→))=b,eq \o(BC,\s\up7(→))=c,则eq \o(DC,\s\up7(→))=( )A.a-b+cB.b-(a+c)C.a+b+cD.b-a+c(2)如图所示,已知向量a,b,c不共线,求作向量a+b-c.(1)A [eq \o(DC,\s\up7(→))=eq \o(AC,\s\up7(→))-eq \o(AD,\s\up7(→))=(eq \o(AB,\s\up7(→))+eq \o(BC,\s\up7(→)))-eq \o(AD,\s\up7(→))=a+c-b.](2)[解] 法一:(几何意义法)如图①所示,在平面内任取一点O,作eq \o(OA,\s\up7(→))=a,eq \o(AB,\s\up7(→))=b,则eq \o(OB,\s\up7(→))=a+b,再作eq \o(OC,\s\up7(→))=c,则eq \o(CB,\s\up7(→))=a+b-c.法二:(定义法)如图②所示,在平面内任取一点O,作eq \o(OA,\s\up7(→))=a,eq \o(AB,\s\up7(→))=b,则eq \o(OB,\s\up7(→))=a+b,再作eq \o(BC,\s\up7(→))=-c,连接OC,则eq \o(OC,\s\up7(→))=a+b-c.图① 图②如何作两个已知向量的差向量?[提示] 求作两个向量的差向量的两种思路(1)可以转化为向量的加法来进行,如a-b,可以先作-b,然后作a+(-b)即可.(2)可以直接用向量减法的三角形法则,即把两向量的起点重合,则差向量为连接两个向量的终点,指向被减向量的终点的向量.eq \o([跟进训练])1.如图,已知向量a,b,c,求作向量a-b-c.[解] 法一:先作a-b,再作a-b-c即可.如图①所示,以A为起点分别作向量eq \o(AB,\s\up7(→))和eq \o(AC,\s\up7(→)),使eq \o(AB,\s\up7(→))=a,eq \o(AC,\s\up7(→))=b.连接CB,得向量eq \o(CB,\s\up7(→))=a-b,再以C为起点作向量eq \o(CD,\s\up7(→)),使eq \o(CD,\s\up7(→))=c,连接DB,得向量eq \o(DB,\s\up7(→)).则向量eq \o(DB,\s\up7(→))即为所求作的向量a-b-c.图① 图②法二:先作-b,-c,再作a+(-b)+(-c),如图②.(1)作eq \o(AB,\s\up7(→))=-b和eq \o(BC,\s\up7(→))=-c;(2)作eq \o(OA,\s\up7(→))=a,则eq \o(OC,\s\up7(→))=a-b-c. 类型2 向量减法的运算及简单应用【例2】 (1)如图所示:①用a,b表示eq \o(DB,\s\up7(→));②用b,c表示eq \o(EC,\s\up7(→)).(2)化简下列各向量的表达式:①eq \o(AB,\s\up7(→))+eq \o(BC,\s\up7(→))-eq \o(AD,\s\up7(→));②(eq \o(AB,\s\up7(→))-eq \o(CD,\s\up7(→)))-(eq \o(AC,\s\up7(→))-eq \o(BD,\s\up7(→)));③(eq \o(AC,\s\up7(→))+eq \o(BO,\s\up7(→))+eq \o(OA,\s\up7(→)))-(eq \o(DC,\s\up7(→))-eq \o(DO,\s\up7(→))-eq \o(OB,\s\up7(→))).[解] (1)由题意知eq \o(BC,\s\up7(→))=a,eq \o(CD,\s\up7(→))=b,eq \o(DE,\s\up7(→))=c.①eq \o(DB,\s\up7(→))=eq \o(CB,\s\up7(→))-eq \o(CD,\s\up7(→))=-eq \o(BC,\s\up7(→))-eq \o(CD,\s\up7(→))=-a-b.②eq \o(EC,\s\up7(→))=-eq \o(CE,\s\up7(→))=-(eq \o(CD,\s\up7(→))+eq \o(DE,\s\up7(→)))=-b-c.(2)①eq \o(AB,\s\up7(→))+eq \o(BC,\s\up7(→))-eq \o(AD,\s\up7(→))=eq \o(AC,\s\up7(→))-eq \o(AD,\s\up7(→))=eq \o(DC,\s\up7(→)).②法一:(加法法则)原式=eq \o(AB,\s\up7(→))-eq \o(CD,\s\up7(→))-eq \o(AC,\s\up7(→))+eq \o(BD,\s\up7(→))=(eq \o(AB,\s\up7(→))+eq \o(BD,\s\up7(→)))-(eq \o(AC,\s\up7(→))+eq \o(CD,\s\up7(→)))=eq \o(AD,\s\up7(→))-eq \o(AD,\s\up7(→))=0.法二:减法法则(利用相反向量)原式=eq \o(AB,\s\up7(→))-eq \o(CD,\s\up7(→))-eq \o(AC,\s\up7(→))+eq \o(BD,\s\up7(→))=(eq \o(AB,\s\up7(→))-eq \o(AC,\s\up7(→)))+(eq \o(DC,\s\up7(→))-eq \o(DB,\s\up7(→)))=eq \o(CB,\s\up7(→))+eq \o(BC,\s\up7(→))=0.法三:减法法则(创造同一起点)原式=eq \o(AB,\s\up7(→))-eq \o(CD,\s\up7(→))-eq \o(AC,\s\up7(→))+eq \o(BD,\s\up7(→))=(eq \o(OB,\s\up7(→))-eq \o(OA,\s\up7(→)))-(eq \o(OD,\s\up7(→))-eq \o(OC,\s\up7(→)))-(eq \o(OC,\s\up7(→))-eq \o(OA,\s\up7(→)))+(eq \o(OD,\s\up7(→))-eq \o(OB,\s\up7(→)))=eq \o(OB,\s\up7(→))-eq \o(OA,\s\up7(→))-eq \o(OD,\s\up7(→))+eq \o(OC,\s\up7(→))-eq \o(OC,\s\up7(→))+eq \o(OA,\s\up7(→))+eq \o(OD,\s\up7(→))-eq \o(OB,\s\up7(→))=0.③(eq \o(AC,\s\up7(→))+eq \o(BO,\s\up7(→))+eq \o(OA,\s\up7(→)))-(eq \o(DC,\s\up7(→))-eq \o(DO,\s\up7(→))-eq \o(OB,\s\up7(→)))=(eq \o(AC,\s\up7(→))+eq \o(BA,\s\up7(→)))-(eq \o(OC,\s\up7(→))-eq \o(OB,\s\up7(→)))=eq \o(BC,\s\up7(→))-eq \o(BC,\s\up7(→))=0.1.向量加减法化简的两种形式(1)首尾相连且为和.(2)起点相同且为差.解题时要注意观察是否有这两种形式,同时注意逆向应用.2.与图形相关的向量运算化简首先要利用向量加减的运算法则、运算律,其次要分析图形的性质,通过图形中向量的相等、平行等关系辅助化简运算.eq \o([跟进训练])2.(多选题)如图,在平行四边形ABCD中,下列结论正确的是( )A.eq \o(AB,\s\up7(→))+eq \o(CD,\s\up7(→))=0B.eq \o(AD,\s\up7(→))+eq \o(AB,\s\up7(→))=eq \o(AC,\s\up7(→))C.eq \o(AD,\s\up7(→))+eq \o(BD,\s\up7(→))=eq \o(AB,\s\up7(→))D.eq \o(AD,\s\up7(→))+eq \o(CB,\s\up7(→))=0ABD [由|eq \o(AB,\s\up7(→))|=|eq \o(CD,\s\up7(→))|,且eq \o(AB,\s\up7(→))与eq \o(CD,\s\up7(→))的方向相反,知eq \o(AB,\s\up7(→))与eq \o(CD,\s\up7(→))是一对相反向量,因此有eq \o(AB,\s\up7(→))+eq \o(CD,\s\up7(→))=0,故选项A正确;由向量加法的平行四边形法则知eq \o(AD,\s\up7(→))+eq \o(AB,\s\up7(→))=eq \o(AC,\s\up7(→)),故选项B正确;由eq \o(AB,\s\up7(→))-eq \o(AD,\s\up7(→))=eq \o(DB,\s\up7(→)),得eq \o(AB,\s\up7(→))=eq \o(AD,\s\up7(→))+eq \o(DB,\s\up7(→)),故选项C错误;eq \o(AD,\s\up7(→))与eq \o(CB,\s\up7(→))是一对相反向量,故eq \o(AD,\s\up7(→))+eq \o(CB,\s\up7(→))=0,故选项D正确.]3.化简下列向量的表达式:(1)eq \o(OM,\s\up7(→))-eq \o(ON,\s\up7(→))+eq \o(MP,\s\up7(→))-eq \o(NA,\s\up7(→));(2)(eq \o(AD,\s\up7(→))-eq \o(BM,\s\up7(→)))+(eq \o(BC,\s\up7(→))-eq \o(MC,\s\up7(→))).[解] (1)eq \o(OM,\s\up7(→))-eq \o(ON,\s\up7(→))+eq \o(MP,\s\up7(→))-eq \o(NA,\s\up7(→))=eq \o(NM,\s\up7(→))+eq \o(MP,\s\up7(→))-eq \o(NA,\s\up7(→))=eq \o(NP,\s\up7(→))-eq \o(NA,\s\up7(→))=eq \o(AP,\s\up7(→)).(2)(eq \o(AD,\s\up7(→))-eq \o(BM,\s\up7(→)))+(eq \o(BC,\s\up7(→))-eq \o(MC,\s\up7(→)))=eq \o(AD,\s\up7(→))+eq \o(MB,\s\up7(→))+eq \o(BC,\s\up7(→))+eq \o(CM,\s\up7(→))=eq \o(AD,\s\up7(→))+(eq \o(MB,\s\up7(→))+eq \o(BC,\s\up7(→))+eq \o(CM,\s\up7(→)))=eq \o(AD,\s\up7(→))+0=eq \o(AD,\s\up7(→)). 类型3 向量减法几何意义的应用【例3】 (1)在四边形ABCD中,eq \o(AB,\s\up7(→))=eq \o(DC,\s\up7(→)),若|eq \o(AD,\s\up7(→))-eq \o(AB,\s\up7(→))|=|eq \o(BC,\s\up7(→))-eq \o(BA,\s\up7(→))|,则四边形ABCD是( )A.菱形 B.矩形C.正方形 D.不确定(2)已知|eq \o(AB,\s\up7(→))|=6,|eq \o(AD,\s\up7(→))|=9,求|eq \o(AB,\s\up7(→))-eq \o(AD,\s\up7(→))|的取值范围.1.已知a,b是不共线的向量,如何在同一个平行四边形中作出a-b和a+b?[提示] 如图所示,平行四边形ABCD中,eq \o(AB,\s\up7(→))=a,eq \o(AD,\s\up7(→))=b,则a+b=eq \o(AC,\s\up7(→)),a-b=eq \o(DB,\s\up7(→)).2.已知向量a,b,那么|a|-|b|与|a±b|及|a|+|b|三者具有什么样的大小关系?[提示] 它们之间的关系为||a|-|b||≤|a±b|≤|a|+|b|.(1)当a,b有一个为零向量时,不等式显然成立.(2)当a,b不共线时,作eq \o(OA,\s\up7(→))=a,eq \o(AB,\s\up7(→))=b,则a+b=eq \o(OB,\s\up7(→)),如图①所示,根据三角形的性质,有||a|-|b||<|a+b|<|a|+|b|.同理可证||a|-|b||<|a-b|<|a|+|b|.(3)当a,b非零且共线时,①当向量a与b同向时,作法同上,如图②所示,此时|a+b|=|a|+|b|.②当向量a,b反向时,不妨设|a|>|b|,作法同上,如图③所示,此时|a+b|=|a|-|b|.综上所述,得不等式||a|-|b||≤|a±b|≤|a|+|b|.(1)B [∵eq \o(AB,\s\up7(→))=eq \o(DC,\s\up7(→)),∴四边形ABCD为平行四边形,又∵|eq \o(AD,\s\up7(→))-eq \o(AB,\s\up7(→))|=|eq \o(BC,\s\up7(→))-eq \o(BA,\s\up7(→))|,∴|eq \o(BD,\s\up7(→))|=|eq \o(AC,\s\up7(→))|.∴四边形ABCD为矩形.](2)[解] ∵||eq \o(AB,\s\up7(→))|-|eq \o(AD,\s\up7(→))||≤|eq \o(AB,\s\up7(→))-eq \o(AD,\s\up7(→))|≤|eq \o(AB,\s\up7(→))|+|eq \o(AD,\s\up7(→))|,且|eq \o(AD,\s\up7(→))|=9,|eq \o(AB,\s\up7(→))|=6,∴3≤|eq \o(AB,\s\up7(→))-eq \o(AD,\s\up7(→))|≤15.当eq \o(AD,\s\up7(→))与eq \o(AB,\s\up7(→))同向时,|eq \o(AB,\s\up7(→))-eq \o(AD,\s\up7(→))|=3;当eq \o(AD,\s\up7(→))与eq \o(AB,\s\up7(→))反向时,|eq \o(AB,\s\up7(→))-eq \o(AD,\s\up7(→))|=15.∴|eq \o(AB,\s\up7(→))-eq \o(AD,\s\up7(→))|的取值范围为[3,15].1.将本例(2)的条件改为“|eq \o(AB,\s\up7(→))|=8,|eq \o(AD,\s\up7(→))|=5”,求|eq \o(BD,\s\up7(→))|的取值范围.[解] 因为eq \o(BD,\s\up7(→))=eq \o(AD,\s\up7(→))-eq \o(AB,\s\up7(→)),|eq \o(AB,\s\up7(→))|=8,|eq \o(AD,\s\up7(→))|=5,||eq \o(AD,\s\up7(→))|-|eq \o(AB,\s\up7(→))||≤|eq \o(AD,\s\up7(→))-eq \o(AB,\s\up7(→))|≤|eq \o(AD,\s\up7(→))|+|eq \o(AB,\s\up7(→))|,所以3≤|eq \o(BD,\s\up7(→))|≤13,当eq \o(AB,\s\up7(→))与eq \o(AD,\s\up7(→))同向时,|eq \o(BD,\s\up7(→))|=3;当eq \o(AB,\s\up7(→))与eq \o(AD,\s\up7(→))反向时,|eq \o(BD,\s\up7(→))|=13.所以|eq \o(BD,\s\up7(→))|的取值范围是[3,13].2.在本例(2)条件不变的情况下,求|eq \o(AB,\s\up7(→))+eq \o(AD,\s\up7(→))|的取值范围.[解] 由||eq \o(AB,\s\up7(→))|-|eq \o(AD,\s\up7(→))||≤|eq \o(AB,\s\up7(→))+eq \o(AD,\s\up7(→))|≤|eq \o(AB,\s\up7(→))|+|eq \o(AD,\s\up7(→))|,∵|eq \o(AB,\s\up7(→))|=6,|eq \o(AD,\s\up7(→))|=9,∴3≤|eq \o(AB,\s\up7(→))+eq \o(AD,\s\up7(→))|≤15.当eq \o(AB,\s\up7(→))与eq \o(AD,\s\up7(→))同向时,|eq \o(AB,\s\up7(→))+eq \o(AD,\s\up7(→))|=15;当eq \o(AB,\s\up7(→))与eq \o(AD,\s\up7(→))反向时,|eq \o(AB,\s\up7(→))+eq \o(AD,\s\up7(→))|=3.∴|eq \o(AB,\s\up7(→))+eq \o(CD,\s\up7(→))|的取值范围为[3,15].3.本例(2)中条件“|eq \o(AD,\s\up7(→))|=9”改为“|eq \o(BD,\s\up7(→))|=9”,求|eq \o(AD,\s\up7(→))|的取值范围.[解] eq \o(AD,\s\up7(→))=eq \o(BD,\s\up7(→))-eq \o(BA,\s\up7(→)),又|eq \o(BA,\s\up7(→))|=|eq \o(AB,\s\up7(→))|,由||eq \o(BD,\s\up7(→))|-|eq \o(BA,\s\up7(→))||≤|eq \o(BD,\s\up7(→))-eq \o(BA,\s\up7(→))|≤|eq \o(BD,\s\up7(→))|+|eq \o(BA,\s\up7(→))|,∴3≤|eq \o(AD,\s\up7(→))|≤15.∴|eq \o(AD,\s\up7(→))|的取值范围为[3,15].用向量法证明四边形为平行四边形的方法和解题关键(1)利用向量证明线段平行且相等,从而证明四边形为平行四边形,只需证明对应有向线段所表示的向量相等即可;(2)根据图形灵活应用向量的运算法则,找到向量之间的关系是解决此类问题的关键.1.在△ABC中,D是BC边上的一点,则eq \o(AD,\s\up7(→))-eq \o(AC,\s\up7(→))等于( )A.eq \o(CB,\s\up7(→)) B.eq \o(BC,\s\up7(→)) C.eq \o(CD,\s\up7(→)) D.eq \o(DC,\s\up7(→))C [在△ABC中,D是BC边上一点,则由两个向量的减法的几何意义可得eq \o(AD,\s\up7(→))-eq \o(AC,\s\up7(→))=eq \o(CD,\s\up7(→)).]2.(多选题)在菱形ABCD中,下列等式中成立的是( )A.eq \o(AC,\s\up7(→))-eq \o(AB,\s\up7(→))=eq \o(BC,\s\up7(→)) B.eq \o(AD,\s\up7(→))-eq \o(BD,\s\up7(→))=eq \o(AB,\s\up7(→))C.eq \o(BD,\s\up7(→))-eq \o(AC,\s\up7(→))=eq \o(BC,\s\up7(→)) D.eq \o(BD,\s\up7(→))-eq \o(CD,\s\up7(→))=eq \o(BC,\s\up7(→))ABD [如图,根据向量减法的三角形法则知A、B、D均正确,C中,eq \o(BD,\s\up7(→))-eq \o(AC,\s\up7(→))=eq \o(AD,\s\up7(→))-eq \o(AB,\s\up7(→))-(eq \o(AB,\s\up7(→))+eq \o(AD,\s\up7(→)))=-2eq \o(AB,\s\up7(→))≠eq \o(BC,\s\up7(→)),故选ABD.]3.化简eq \o(BA,\s\up7(→))-eq \o(CA,\s\up7(→))+eq \o(DB,\s\up7(→))-eq \o(DC,\s\up7(→))=________.0 [eq \o(BA,\s\up7(→))-eq \o(CA,\s\up7(→))+eq \o(DB,\s\up7(→))-eq \o(DC,\s\up7(→))=(eq \o(BA,\s\up7(→))+eq \o(AC,\s\up7(→)))+(eq \o(DB,\s\up7(→))-eq \o(DC,\s\up7(→)))=eq \o(BC,\s\up7(→))+eq \o(CB,\s\up7(→))=0.]4.若|eq \o(OA,\s\up7(→))|=8,|eq \o(OB,\s\up7(→))|=5,则|eq \o(AB,\s\up7(→))|的取值范围是________.[3,13] [因为eq \o(AB,\s\up7(→))=eq \o(OB,\s\up7(→))-eq \o(OA,\s\up7(→)),故当eq \o(OA,\s\up7(→)),eq \o(OB,\s\up7(→))同向共线时,|eq \o(AB,\s\up7(→))|=|eq \o(OA,\s\up7(→))|-|eq \o(OB,\s\up7(→))|=3;当eq \o(OA,\s\up7(→)),eq \o(OB,\s\up7(→))反向共线时,|eq \o(AB,\s\up7(→))|=|eq \o(OA,\s\up7(→))|+|eq \o(OB,\s\up7(→))|=13;当eq \o(OA,\s\up7(→)),eq \o(OB,\s\up7(→))不共线时,||eq \o(OB,\s\up7(→))|-|eq \o(OA,\s\up7(→))||<|eq \o(OB,\s\up7(→))-eq \o(OA,\s\up7(→))|<|eq \o(OB,\s\up7(→))|+|eq \o(OA,\s\up7(→))|,即3<|eq \o(AB,\s\up7(→))|<13.综上可得3≤|eq \o(AB,\s\up7(→))|≤13.]5.若a≠0,b≠0且|a|=|b|=|a-b|,则a与a+b所在直线的夹角为________.30° [如图,设eq \o(OA,\s\up7(→))=a,eq \o(OB,\s\up7(→))=b,则a-b=eq \o(BA,\s\up7(→)),因为|a|=|b|=|a-b|,所以|eq \o(OA,\s\up7(→))|=|eq \o(OB,\s\up7(→))|=|eq \o(BA,\s\up7(→))|,所以△OAB是等边三角形,所以∠BOA=60°.因为eq \o(OC,\s\up7(→))=a+b,且在菱形OACB中,对角线OC平分∠BOA.所以a与a+b所在直线的夹角为30°.]回顾本节知识,自我完成以下问题:(1)什么是相反向量?相反向量与相同向量的共同点和不同点分别是什么?(2)向量的减法与加法之间有什么联系?(3)向量减法的几何意义是什么?如何作两个已知向量的差向量?学 习 任 务核 心 素 养1.理解相反向量的含义,能用相反向量说出向量减法的意义.(难点)2.掌握向量减法的运算及其几何意义,能熟练地进行向量的加减运算.(重点)3.能将向量的减法运算转化为向量的加法运算.(易混点)1.类比数的运算,自然引入向量的减法运算是加法运算的逆运算,顺利给出向量减法的三角形法则,培养数学抽象和数学建模的核心素养.2.通过对向量的减法的学习,提升数学运算和逻辑推理素养.
6.2.2 向量的减法运算一架飞机由天津―→香港,再由香港―→天津.问题:飞机的两次位移分别是什么?它们之间有什么关系?知识点 向量的减法运算1.相反向量(1)定义:与向量a长度相等,方向相反的向量,叫做a的相反向量,记作-a.(2)性质:①-(-a)=a.②对于相反向量有:a+(-a)=(-a)+a=0.③若a,b互为相反向量,则a=-b,b=-a,a+b=0.2.向量的减法(1)定义:向量a加上b的相反向量,叫做a与b的差,即a-b=a+(-b).求两个向量差的运算叫做向量的减法.(2)作法:在平面内任取一点O,作eq \o(OA,\s\up7(→))=a,eq \o(OB,\s\up7(→))=b,则向量eq \o(BA,\s\up7(→))=a-b,如图所示.在什么条件下,|a-b|=|a|+|b|?[提示] 当a,b至少有一者为0或a,b非零且反向时成立.1.思考辨析(正确的画“√”,错误的画“×”)(1)0-a=-a. ( )(2)-(-a)=a. ( )(3)a+(-a)=0. ( )(4)a+0=a. ( )(5)a-b=a+(-b). ( )(6)a+(-a)=0. ( )[答案] (1)√ (2)√ (3)√ (4)√ (5)√ (6)×2.非零向量m与n是相反向量,下列不正确的是( )A.m=n B.m=-nC.|m|=|n| D.方向相反A [由条件可知,当m≠0且n≠0时,B,C,D项都成立,故选A.]3.化简eq \o(OP,\s\up7(→))-eq \o(QP,\s\up7(→))+eq \o(PS,\s\up7(→))+eq \o(SP,\s\up7(→))的结果等于( )A.eq \o(QP,\s\up7(→)) B.eq \o(OQ,\s\up7(→)) C.eq \o(SP,\s\up7(→)) D.eq \o(SQ,\s\up7(→))B [原式=(eq \o(OP,\s\up7(→))+eq \o(PQ,\s\up7(→)))+(eq \o(PS,\s\up7(→))+eq \o(SP,\s\up7(→)))=eq \o(OQ,\s\up7(→))+0=eq \o(OQ,\s\up7(→)).]4.如图,在▱ABCD中,eq \o(AB,\s\up7(→))=a,eq \o(AD,\s\up7(→))=b,用a,b表示向量eq \o(AC,\s\up7(→)),eq \o(BD,\s\up7(→)),则eq \o(AC,\s\up7(→))=________,eq \o(BD,\s\up7(→))=________.a+b b-a [由向量加法的平行四边形法则,及向量减法的运算法则可知eq \o(AC,\s\up7(→))=a+b,eq \o(BD,\s\up7(→))=b-a.] 类型1 向量减法的几何意义【例1】 (1)如图所示,四边形ABCD中,若eq \o(AB,\s\up7(→))=a,eq \o(AD,\s\up7(→))=b,eq \o(BC,\s\up7(→))=c,则eq \o(DC,\s\up7(→))=( )A.a-b+cB.b-(a+c)C.a+b+cD.b-a+c(2)如图所示,已知向量a,b,c不共线,求作向量a+b-c.(1)A [eq \o(DC,\s\up7(→))=eq \o(AC,\s\up7(→))-eq \o(AD,\s\up7(→))=(eq \o(AB,\s\up7(→))+eq \o(BC,\s\up7(→)))-eq \o(AD,\s\up7(→))=a+c-b.](2)[解] 法一:(几何意义法)如图①所示,在平面内任取一点O,作eq \o(OA,\s\up7(→))=a,eq \o(AB,\s\up7(→))=b,则eq \o(OB,\s\up7(→))=a+b,再作eq \o(OC,\s\up7(→))=c,则eq \o(CB,\s\up7(→))=a+b-c.法二:(定义法)如图②所示,在平面内任取一点O,作eq \o(OA,\s\up7(→))=a,eq \o(AB,\s\up7(→))=b,则eq \o(OB,\s\up7(→))=a+b,再作eq \o(BC,\s\up7(→))=-c,连接OC,则eq \o(OC,\s\up7(→))=a+b-c.图① 图②如何作两个已知向量的差向量?[提示] 求作两个向量的差向量的两种思路(1)可以转化为向量的加法来进行,如a-b,可以先作-b,然后作a+(-b)即可.(2)可以直接用向量减法的三角形法则,即把两向量的起点重合,则差向量为连接两个向量的终点,指向被减向量的终点的向量.eq \o([跟进训练])1.如图,已知向量a,b,c,求作向量a-b-c.[解] 法一:先作a-b,再作a-b-c即可.如图①所示,以A为起点分别作向量eq \o(AB,\s\up7(→))和eq \o(AC,\s\up7(→)),使eq \o(AB,\s\up7(→))=a,eq \o(AC,\s\up7(→))=b.连接CB,得向量eq \o(CB,\s\up7(→))=a-b,再以C为起点作向量eq \o(CD,\s\up7(→)),使eq \o(CD,\s\up7(→))=c,连接DB,得向量eq \o(DB,\s\up7(→)).则向量eq \o(DB,\s\up7(→))即为所求作的向量a-b-c.图① 图②法二:先作-b,-c,再作a+(-b)+(-c),如图②.(1)作eq \o(AB,\s\up7(→))=-b和eq \o(BC,\s\up7(→))=-c;(2)作eq \o(OA,\s\up7(→))=a,则eq \o(OC,\s\up7(→))=a-b-c. 类型2 向量减法的运算及简单应用【例2】 (1)如图所示:①用a,b表示eq \o(DB,\s\up7(→));②用b,c表示eq \o(EC,\s\up7(→)).(2)化简下列各向量的表达式:①eq \o(AB,\s\up7(→))+eq \o(BC,\s\up7(→))-eq \o(AD,\s\up7(→));②(eq \o(AB,\s\up7(→))-eq \o(CD,\s\up7(→)))-(eq \o(AC,\s\up7(→))-eq \o(BD,\s\up7(→)));③(eq \o(AC,\s\up7(→))+eq \o(BO,\s\up7(→))+eq \o(OA,\s\up7(→)))-(eq \o(DC,\s\up7(→))-eq \o(DO,\s\up7(→))-eq \o(OB,\s\up7(→))).[解] (1)由题意知eq \o(BC,\s\up7(→))=a,eq \o(CD,\s\up7(→))=b,eq \o(DE,\s\up7(→))=c.①eq \o(DB,\s\up7(→))=eq \o(CB,\s\up7(→))-eq \o(CD,\s\up7(→))=-eq \o(BC,\s\up7(→))-eq \o(CD,\s\up7(→))=-a-b.②eq \o(EC,\s\up7(→))=-eq \o(CE,\s\up7(→))=-(eq \o(CD,\s\up7(→))+eq \o(DE,\s\up7(→)))=-b-c.(2)①eq \o(AB,\s\up7(→))+eq \o(BC,\s\up7(→))-eq \o(AD,\s\up7(→))=eq \o(AC,\s\up7(→))-eq \o(AD,\s\up7(→))=eq \o(DC,\s\up7(→)).②法一:(加法法则)原式=eq \o(AB,\s\up7(→))-eq \o(CD,\s\up7(→))-eq \o(AC,\s\up7(→))+eq \o(BD,\s\up7(→))=(eq \o(AB,\s\up7(→))+eq \o(BD,\s\up7(→)))-(eq \o(AC,\s\up7(→))+eq \o(CD,\s\up7(→)))=eq \o(AD,\s\up7(→))-eq \o(AD,\s\up7(→))=0.法二:减法法则(利用相反向量)原式=eq \o(AB,\s\up7(→))-eq \o(CD,\s\up7(→))-eq \o(AC,\s\up7(→))+eq \o(BD,\s\up7(→))=(eq \o(AB,\s\up7(→))-eq \o(AC,\s\up7(→)))+(eq \o(DC,\s\up7(→))-eq \o(DB,\s\up7(→)))=eq \o(CB,\s\up7(→))+eq \o(BC,\s\up7(→))=0.法三:减法法则(创造同一起点)原式=eq \o(AB,\s\up7(→))-eq \o(CD,\s\up7(→))-eq \o(AC,\s\up7(→))+eq \o(BD,\s\up7(→))=(eq \o(OB,\s\up7(→))-eq \o(OA,\s\up7(→)))-(eq \o(OD,\s\up7(→))-eq \o(OC,\s\up7(→)))-(eq \o(OC,\s\up7(→))-eq \o(OA,\s\up7(→)))+(eq \o(OD,\s\up7(→))-eq \o(OB,\s\up7(→)))=eq \o(OB,\s\up7(→))-eq \o(OA,\s\up7(→))-eq \o(OD,\s\up7(→))+eq \o(OC,\s\up7(→))-eq \o(OC,\s\up7(→))+eq \o(OA,\s\up7(→))+eq \o(OD,\s\up7(→))-eq \o(OB,\s\up7(→))=0.③(eq \o(AC,\s\up7(→))+eq \o(BO,\s\up7(→))+eq \o(OA,\s\up7(→)))-(eq \o(DC,\s\up7(→))-eq \o(DO,\s\up7(→))-eq \o(OB,\s\up7(→)))=(eq \o(AC,\s\up7(→))+eq \o(BA,\s\up7(→)))-(eq \o(OC,\s\up7(→))-eq \o(OB,\s\up7(→)))=eq \o(BC,\s\up7(→))-eq \o(BC,\s\up7(→))=0.1.向量加减法化简的两种形式(1)首尾相连且为和.(2)起点相同且为差.解题时要注意观察是否有这两种形式,同时注意逆向应用.2.与图形相关的向量运算化简首先要利用向量加减的运算法则、运算律,其次要分析图形的性质,通过图形中向量的相等、平行等关系辅助化简运算.eq \o([跟进训练])2.(多选题)如图,在平行四边形ABCD中,下列结论正确的是( )A.eq \o(AB,\s\up7(→))+eq \o(CD,\s\up7(→))=0B.eq \o(AD,\s\up7(→))+eq \o(AB,\s\up7(→))=eq \o(AC,\s\up7(→))C.eq \o(AD,\s\up7(→))+eq \o(BD,\s\up7(→))=eq \o(AB,\s\up7(→))D.eq \o(AD,\s\up7(→))+eq \o(CB,\s\up7(→))=0ABD [由|eq \o(AB,\s\up7(→))|=|eq \o(CD,\s\up7(→))|,且eq \o(AB,\s\up7(→))与eq \o(CD,\s\up7(→))的方向相反,知eq \o(AB,\s\up7(→))与eq \o(CD,\s\up7(→))是一对相反向量,因此有eq \o(AB,\s\up7(→))+eq \o(CD,\s\up7(→))=0,故选项A正确;由向量加法的平行四边形法则知eq \o(AD,\s\up7(→))+eq \o(AB,\s\up7(→))=eq \o(AC,\s\up7(→)),故选项B正确;由eq \o(AB,\s\up7(→))-eq \o(AD,\s\up7(→))=eq \o(DB,\s\up7(→)),得eq \o(AB,\s\up7(→))=eq \o(AD,\s\up7(→))+eq \o(DB,\s\up7(→)),故选项C错误;eq \o(AD,\s\up7(→))与eq \o(CB,\s\up7(→))是一对相反向量,故eq \o(AD,\s\up7(→))+eq \o(CB,\s\up7(→))=0,故选项D正确.]3.化简下列向量的表达式:(1)eq \o(OM,\s\up7(→))-eq \o(ON,\s\up7(→))+eq \o(MP,\s\up7(→))-eq \o(NA,\s\up7(→));(2)(eq \o(AD,\s\up7(→))-eq \o(BM,\s\up7(→)))+(eq \o(BC,\s\up7(→))-eq \o(MC,\s\up7(→))).[解] (1)eq \o(OM,\s\up7(→))-eq \o(ON,\s\up7(→))+eq \o(MP,\s\up7(→))-eq \o(NA,\s\up7(→))=eq \o(NM,\s\up7(→))+eq \o(MP,\s\up7(→))-eq \o(NA,\s\up7(→))=eq \o(NP,\s\up7(→))-eq \o(NA,\s\up7(→))=eq \o(AP,\s\up7(→)).(2)(eq \o(AD,\s\up7(→))-eq \o(BM,\s\up7(→)))+(eq \o(BC,\s\up7(→))-eq \o(MC,\s\up7(→)))=eq \o(AD,\s\up7(→))+eq \o(MB,\s\up7(→))+eq \o(BC,\s\up7(→))+eq \o(CM,\s\up7(→))=eq \o(AD,\s\up7(→))+(eq \o(MB,\s\up7(→))+eq \o(BC,\s\up7(→))+eq \o(CM,\s\up7(→)))=eq \o(AD,\s\up7(→))+0=eq \o(AD,\s\up7(→)). 类型3 向量减法几何意义的应用【例3】 (1)在四边形ABCD中,eq \o(AB,\s\up7(→))=eq \o(DC,\s\up7(→)),若|eq \o(AD,\s\up7(→))-eq \o(AB,\s\up7(→))|=|eq \o(BC,\s\up7(→))-eq \o(BA,\s\up7(→))|,则四边形ABCD是( )A.菱形 B.矩形C.正方形 D.不确定(2)已知|eq \o(AB,\s\up7(→))|=6,|eq \o(AD,\s\up7(→))|=9,求|eq \o(AB,\s\up7(→))-eq \o(AD,\s\up7(→))|的取值范围.1.已知a,b是不共线的向量,如何在同一个平行四边形中作出a-b和a+b?[提示] 如图所示,平行四边形ABCD中,eq \o(AB,\s\up7(→))=a,eq \o(AD,\s\up7(→))=b,则a+b=eq \o(AC,\s\up7(→)),a-b=eq \o(DB,\s\up7(→)).2.已知向量a,b,那么|a|-|b|与|a±b|及|a|+|b|三者具有什么样的大小关系?[提示] 它们之间的关系为||a|-|b||≤|a±b|≤|a|+|b|.(1)当a,b有一个为零向量时,不等式显然成立.(2)当a,b不共线时,作eq \o(OA,\s\up7(→))=a,eq \o(AB,\s\up7(→))=b,则a+b=eq \o(OB,\s\up7(→)),如图①所示,根据三角形的性质,有||a|-|b||<|a+b|<|a|+|b|.同理可证||a|-|b||<|a-b|<|a|+|b|.(3)当a,b非零且共线时,①当向量a与b同向时,作法同上,如图②所示,此时|a+b|=|a|+|b|.②当向量a,b反向时,不妨设|a|>|b|,作法同上,如图③所示,此时|a+b|=|a|-|b|.综上所述,得不等式||a|-|b||≤|a±b|≤|a|+|b|.(1)B [∵eq \o(AB,\s\up7(→))=eq \o(DC,\s\up7(→)),∴四边形ABCD为平行四边形,又∵|eq \o(AD,\s\up7(→))-eq \o(AB,\s\up7(→))|=|eq \o(BC,\s\up7(→))-eq \o(BA,\s\up7(→))|,∴|eq \o(BD,\s\up7(→))|=|eq \o(AC,\s\up7(→))|.∴四边形ABCD为矩形.](2)[解] ∵||eq \o(AB,\s\up7(→))|-|eq \o(AD,\s\up7(→))||≤|eq \o(AB,\s\up7(→))-eq \o(AD,\s\up7(→))|≤|eq \o(AB,\s\up7(→))|+|eq \o(AD,\s\up7(→))|,且|eq \o(AD,\s\up7(→))|=9,|eq \o(AB,\s\up7(→))|=6,∴3≤|eq \o(AB,\s\up7(→))-eq \o(AD,\s\up7(→))|≤15.当eq \o(AD,\s\up7(→))与eq \o(AB,\s\up7(→))同向时,|eq \o(AB,\s\up7(→))-eq \o(AD,\s\up7(→))|=3;当eq \o(AD,\s\up7(→))与eq \o(AB,\s\up7(→))反向时,|eq \o(AB,\s\up7(→))-eq \o(AD,\s\up7(→))|=15.∴|eq \o(AB,\s\up7(→))-eq \o(AD,\s\up7(→))|的取值范围为[3,15].1.将本例(2)的条件改为“|eq \o(AB,\s\up7(→))|=8,|eq \o(AD,\s\up7(→))|=5”,求|eq \o(BD,\s\up7(→))|的取值范围.[解] 因为eq \o(BD,\s\up7(→))=eq \o(AD,\s\up7(→))-eq \o(AB,\s\up7(→)),|eq \o(AB,\s\up7(→))|=8,|eq \o(AD,\s\up7(→))|=5,||eq \o(AD,\s\up7(→))|-|eq \o(AB,\s\up7(→))||≤|eq \o(AD,\s\up7(→))-eq \o(AB,\s\up7(→))|≤|eq \o(AD,\s\up7(→))|+|eq \o(AB,\s\up7(→))|,所以3≤|eq \o(BD,\s\up7(→))|≤13,当eq \o(AB,\s\up7(→))与eq \o(AD,\s\up7(→))同向时,|eq \o(BD,\s\up7(→))|=3;当eq \o(AB,\s\up7(→))与eq \o(AD,\s\up7(→))反向时,|eq \o(BD,\s\up7(→))|=13.所以|eq \o(BD,\s\up7(→))|的取值范围是[3,13].2.在本例(2)条件不变的情况下,求|eq \o(AB,\s\up7(→))+eq \o(AD,\s\up7(→))|的取值范围.[解] 由||eq \o(AB,\s\up7(→))|-|eq \o(AD,\s\up7(→))||≤|eq \o(AB,\s\up7(→))+eq \o(AD,\s\up7(→))|≤|eq \o(AB,\s\up7(→))|+|eq \o(AD,\s\up7(→))|,∵|eq \o(AB,\s\up7(→))|=6,|eq \o(AD,\s\up7(→))|=9,∴3≤|eq \o(AB,\s\up7(→))+eq \o(AD,\s\up7(→))|≤15.当eq \o(AB,\s\up7(→))与eq \o(AD,\s\up7(→))同向时,|eq \o(AB,\s\up7(→))+eq \o(AD,\s\up7(→))|=15;当eq \o(AB,\s\up7(→))与eq \o(AD,\s\up7(→))反向时,|eq \o(AB,\s\up7(→))+eq \o(AD,\s\up7(→))|=3.∴|eq \o(AB,\s\up7(→))+eq \o(CD,\s\up7(→))|的取值范围为[3,15].3.本例(2)中条件“|eq \o(AD,\s\up7(→))|=9”改为“|eq \o(BD,\s\up7(→))|=9”,求|eq \o(AD,\s\up7(→))|的取值范围.[解] eq \o(AD,\s\up7(→))=eq \o(BD,\s\up7(→))-eq \o(BA,\s\up7(→)),又|eq \o(BA,\s\up7(→))|=|eq \o(AB,\s\up7(→))|,由||eq \o(BD,\s\up7(→))|-|eq \o(BA,\s\up7(→))||≤|eq \o(BD,\s\up7(→))-eq \o(BA,\s\up7(→))|≤|eq \o(BD,\s\up7(→))|+|eq \o(BA,\s\up7(→))|,∴3≤|eq \o(AD,\s\up7(→))|≤15.∴|eq \o(AD,\s\up7(→))|的取值范围为[3,15].用向量法证明四边形为平行四边形的方法和解题关键(1)利用向量证明线段平行且相等,从而证明四边形为平行四边形,只需证明对应有向线段所表示的向量相等即可;(2)根据图形灵活应用向量的运算法则,找到向量之间的关系是解决此类问题的关键.1.在△ABC中,D是BC边上的一点,则eq \o(AD,\s\up7(→))-eq \o(AC,\s\up7(→))等于( )A.eq \o(CB,\s\up7(→)) B.eq \o(BC,\s\up7(→)) C.eq \o(CD,\s\up7(→)) D.eq \o(DC,\s\up7(→))C [在△ABC中,D是BC边上一点,则由两个向量的减法的几何意义可得eq \o(AD,\s\up7(→))-eq \o(AC,\s\up7(→))=eq \o(CD,\s\up7(→)).]2.(多选题)在菱形ABCD中,下列等式中成立的是( )A.eq \o(AC,\s\up7(→))-eq \o(AB,\s\up7(→))=eq \o(BC,\s\up7(→)) B.eq \o(AD,\s\up7(→))-eq \o(BD,\s\up7(→))=eq \o(AB,\s\up7(→))C.eq \o(BD,\s\up7(→))-eq \o(AC,\s\up7(→))=eq \o(BC,\s\up7(→)) D.eq \o(BD,\s\up7(→))-eq \o(CD,\s\up7(→))=eq \o(BC,\s\up7(→))ABD [如图,根据向量减法的三角形法则知A、B、D均正确,C中,eq \o(BD,\s\up7(→))-eq \o(AC,\s\up7(→))=eq \o(AD,\s\up7(→))-eq \o(AB,\s\up7(→))-(eq \o(AB,\s\up7(→))+eq \o(AD,\s\up7(→)))=-2eq \o(AB,\s\up7(→))≠eq \o(BC,\s\up7(→)),故选ABD.]3.化简eq \o(BA,\s\up7(→))-eq \o(CA,\s\up7(→))+eq \o(DB,\s\up7(→))-eq \o(DC,\s\up7(→))=________.0 [eq \o(BA,\s\up7(→))-eq \o(CA,\s\up7(→))+eq \o(DB,\s\up7(→))-eq \o(DC,\s\up7(→))=(eq \o(BA,\s\up7(→))+eq \o(AC,\s\up7(→)))+(eq \o(DB,\s\up7(→))-eq \o(DC,\s\up7(→)))=eq \o(BC,\s\up7(→))+eq \o(CB,\s\up7(→))=0.]4.若|eq \o(OA,\s\up7(→))|=8,|eq \o(OB,\s\up7(→))|=5,则|eq \o(AB,\s\up7(→))|的取值范围是________.[3,13] [因为eq \o(AB,\s\up7(→))=eq \o(OB,\s\up7(→))-eq \o(OA,\s\up7(→)),故当eq \o(OA,\s\up7(→)),eq \o(OB,\s\up7(→))同向共线时,|eq \o(AB,\s\up7(→))|=|eq \o(OA,\s\up7(→))|-|eq \o(OB,\s\up7(→))|=3;当eq \o(OA,\s\up7(→)),eq \o(OB,\s\up7(→))反向共线时,|eq \o(AB,\s\up7(→))|=|eq \o(OA,\s\up7(→))|+|eq \o(OB,\s\up7(→))|=13;当eq \o(OA,\s\up7(→)),eq \o(OB,\s\up7(→))不共线时,||eq \o(OB,\s\up7(→))|-|eq \o(OA,\s\up7(→))||<|eq \o(OB,\s\up7(→))-eq \o(OA,\s\up7(→))|<|eq \o(OB,\s\up7(→))|+|eq \o(OA,\s\up7(→))|,即3<|eq \o(AB,\s\up7(→))|<13.综上可得3≤|eq \o(AB,\s\up7(→))|≤13.]5.若a≠0,b≠0且|a|=|b|=|a-b|,则a与a+b所在直线的夹角为________.30° [如图,设eq \o(OA,\s\up7(→))=a,eq \o(OB,\s\up7(→))=b,则a-b=eq \o(BA,\s\up7(→)),因为|a|=|b|=|a-b|,所以|eq \o(OA,\s\up7(→))|=|eq \o(OB,\s\up7(→))|=|eq \o(BA,\s\up7(→))|,所以△OAB是等边三角形,所以∠BOA=60°.因为eq \o(OC,\s\up7(→))=a+b,且在菱形OACB中,对角线OC平分∠BOA.所以a与a+b所在直线的夹角为30°.]回顾本节知识,自我完成以下问题:(1)什么是相反向量?相反向量与相同向量的共同点和不同点分别是什么?(2)向量的减法与加法之间有什么联系?(3)向量减法的几何意义是什么?如何作两个已知向量的差向量?学 习 任 务核 心 素 养1.理解相反向量的含义,能用相反向量说出向量减法的意义.(难点)2.掌握向量减法的运算及其几何意义,能熟练地进行向量的加减运算.(重点)3.能将向量的减法运算转化为向量的加法运算.(易混点)1.类比数的运算,自然引入向量的减法运算是加法运算的逆运算,顺利给出向量减法的三角形法则,培养数学抽象和数学建模的核心素养.2.通过对向量的减法的学习,提升数学运算和逻辑推理素养.
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