最新高考理数考点一遍过讲义 考点20 平面向量的数量积及向量的应用

这是一份最新高考理数考点一遍过讲义 考点20 平面向量的数量积及向量的应用，共34页。学案主要包含了平面向量的数量积，平面向量数量积的坐标表示，平面向量的应用等内容，欢迎下载使用。

课本上和老师讲解的例题，一般都具有一定的典型性和代表性。要认真研究，深刻理解，要透过“样板”，学会通过逻辑思维，灵活运用所学知识去分析问题和解决问题，特别是要学习分析问题的思路、解决问题的方法，并能总结出解题的规律。
2、精练习题
复习时不要搞“题海战术”，应在老师的指导下，选一些源于课本的变式题，或体现基本概念、基本方法的基本题，通过解题来提高思维能力和解题技巧，加深对所学知识的深入理解。在解题时，要独立思考，一题多思，一题多解，反复玩味，悟出道理。
3、加强审题的规范性
每每大考过后，总有同学抱怨没考好，纠其原因是考试时没有注意审题。审题决定了成功与否，不解决这个问题势必影响到高考的成败。那么怎么审题呢? 应找出题目中的已知条件 ;善于挖掘题目中的隐含条件 ;认真分析条件与目标的联系，确定解题思路 。
4、重视错题
“错误是最好的老师”，但更重要的是寻找错因，及时进行总结，三五个字，一两句话都行，言简意赅，切中要害，以利于吸取教训，力求相同的错误不犯第二次。
专题20 平面向量的数量积及向量的应用
1．平面向量的数量积
（1）理解平面向量数量积的含义及其物理意义.
（2）了解平面向量的数量积与向量投影的关系.
（3）掌握数量积的坐标表达式，会进行平面向量数量积的运算.
（4）能运用数量积表示两个向量的夹角，会用数量积判断两个平面向量的垂直关系.
2．向量的应用
（1）会用向量方法解决某些简单的平面几何问题.
（2）会用向量方法解决简单的力学问题与其他一些实际问题.
一、平面向量的数量积
1．平面向量数量积的概念
（1）数量积的概念
已知两个非零向量，我们把数量叫做向量与的数量积(或内积)，记作,即，其中θ是与的夹角.
【注】零向量与任一向量的数量积为0.
（2）投影的概念
设非零向量与的夹角是θ，则()叫做向量在方向上(在方向上)的投影.
如图（1）（2）（3）所示，分别是非零向量与的夹角为锐角、钝角、直角时向量在方向上的投影的情形，其中，它的意义是，向量在向量方向上的投影长是向量的长度.
（3）数量积的几何意义
由向量投影的定义，我们可以得到的几何意义：数量积等于的长度与在方向上的投影的乘积.
2．平面向量数量积的运算律
已知向量和实数,则
①交换律：；
②数乘结合律：；
③分配律：.
二、平面向量数量积的坐标表示、模、夹角及性质
设非零向量，是与的夹角.
（1）数量积：.
（2）模：.
（3）夹角： .
（4）垂直与平行：；a∥b⇔a·b=±|a||b|.
【注】当与同向时,；
当与反向时,.
（5）性质：|a·b|≤|a||b|(当且仅当a∥b时等号成立)⇔.
三、平面向量的应用
1．向量在平面几何中常见的应用
已知.
（1）证明线段平行、点共线问题及相似问题，常用向量共线的条件：
（2）证明线段垂直问题，如证明四边形是正方形、矩形，判断两直线（或线段）是否垂直等，常用向量垂直的条件：
（其中为非零向量）
（3）求夹角问题，若向量与的夹角为，利用夹角公式：
（其中为非零向量）
（4）求线段的长度或说明线段相等，可以用向量的模：
，
或（其中两点的坐标分别为）
（5）对于有些平面几何问题，如载体是长方形、正方形、直角三角形等，常用向量的坐标法，建立平面直角坐标系，把向量用坐标表示出来，通过代数运算解决综合问题.
2．向量在物理中常见的应用
（1）向量与力、速度、加速度及位移
力、速度、加速度与位移的合成与分解，实质上就是向量的加减法运算.
（2）向量与功、动量
力做的功是力在物体前进方向上的分力与物体位移的乘积，实质是力和位移两个向量的数量积，即
为和的夹角).
考向一 平面向量数量积的运算
平面向量数量积的类型及求法：
(1)平面向量数量积有两种计算公式：一是夹角公式；二是坐标公式.
(2)求较复杂的平面向量数量积的运算时，可先利用平面向量数量积的运算律或相关公式进行化简.
典例1 若向量与向量共线,则
A．B．
C． D．
【答案】D
【解析】因为向量与向量共线，
所以，解得.
即，，
所以=.
选D．
典例2 已知向量与的夹角为，则__________．
【答案】
【解析】由向量与的夹角为，
得.
1．在平行四边形ABCD中，AB∥CD，，则=
A．B．2
C．3D．4
2．已知菱形的边长为2，，则
A．4B．6
C．D．
考向二 平面向量数量积的应用
平面向量数量积主要有两个应用：
(1)求夹角的大小：若a，b为非零向量，则由平面向量的数量积公式得(夹角公式)，所以平面向量的数量积可以用来解决有关角度的问题．
(2)确定夹角的范围：数量积大于0说明不共线的两向量的夹角为锐角，数量积等于0说明不共线的两向量的夹角为直角，数量积小于0且两向量不共线时两向量的夹角为钝角.
典例3 在平行四边形中，若则
A．B．
C．D．
【答案】C
【解析】如图所示,
平行四边形中，，
，
，
，
因为，
所以
，
则，
所以.
故选C．
3．已知向量,且与的夹角为钝角，则实数λ的取值范围是 .
考向三 平面向量的模及其应用
平面向量的模及其应用的类型与解题策略：
(1)求向量的模．解决此类问题应注意模的计算公式，或坐标公式的应用，另外也可以运用向量数量积的运算公式列方程求解．
(2)求模的最值或取值范围．解决此类问题通常有以下两种方法：
①几何法：利用向量加减法的平行四边形法则或三角形法则，结合模的几何意义求模的最值或取值范围；②代数法：利用向量的数量积及运算法则转化为不等式或函数求模的最值或取值范围．
(3)由向量的模求夹角．对于此类问题的求解，其实质是求向量模方法的逆运用.
典例4 已知平面向量的夹角为，且，则
A．B．
C．D．
【答案】B
【解析】，
所以.
故选B．
4．已知，.当最小时，___________.
考向四 平面向量的应用
1．向量与平面几何综合问题的解法与步骤：
(1)向量与平面几何综合问题的解法
①坐标法
把几何图形放在适当的坐标系中，则有关点与向量就可以用坐标表示，这样就能进行相应的代数运算和向量运算，从而使问题得到解决．
②基向量法
适当选取一组基底，沟通向量之间的联系，利用向量间的关系构造关于未知量的方程来进行求解．
【注】用坐标法解题时，建立适当的坐标系是解题的关键，用基向量解题时要选择适当的基底．
(2)用向量解决平面几何问题的步骤
①建立平面几何与向量的联系，用向量表示问题中涉及的几何元素，将平面几何问题转化为向量问题；
②通过向量运算研究几何元素之间的关系，如距离、夹角等问题；
③把运算结果“翻译”成几何关系.
2．利用向量求解三角函数问题的一般思路：
(1)求三角函数值，一般利用已知条件将向量关系转化为三角函数关系式．利用同角三角函数关系式及三角函数中常用公式求解．
(2)求角时通常由向量转化为三角函数问题，先求值再求角．
(3)解决与向量有关的三角函数问题的思想方法是转化与化归的数学思想，即通过向量的相关运算把问题转化为三角函数问题．
(4)解三角形．利用向量的坐标运算，把向量垂直或共线转化为相应的方程，在三角形中利用内角和定理或正、余弦定理解决问题.
3．用向量法解决物理问题的步骤如下：
(1)抽象出物理问题中的向量，转化为数学问题；
(2)建立以向量为主体的数学模型；
(3)利用向量的线性运算或数量积运算，求解数学模型；
(4)用数学模型中的数据解释或分析物理问题.
4．常见的向量表示形式：
(1)重心．若点G是的重心，则或 (其中P为平面内任意一点)．反之，若，则点G是的重心．
(2)垂心．若H是的垂心，则.反之，若
，则点H是的垂心．
(3)内心．若点I是的内心，则.反之，若
，则点I是的内心．
(4)外心．若点O是的外心，则或.反之，若，则点O是的外心.
典例5 等腰直角三角形中两直角边上的中线所成的钝角的余弦值为
A．B．
C．D．
【答案】A
【解析】如图，分别以等腰直角三角形的两直角边所在的直线为x轴、y轴建立平面直角坐标系，设，则，
∴.
设向量的夹角为，
则.
【思路点拨】根据已知建立平面直角坐标系，将等腰直角三角形的两直角边所在直线作为x轴和y轴，分别设出三角形顶点和两直角边中点的坐标，再代入坐标求解两中线所对应的向量的数量积和模，进而求得夹角的余弦值.
5．扇形OAB的半径为1，圆心角为，P是上的动点，则的最小值是
A．0 B．
C． D．
典例6 已知，，函数.
（Ⅰ）求函数的零点；
（Ⅱ）若锐角的三个内角、、的对边分别是、、，且，求的取值范围.
【解析】（Ⅰ）由条件可知:，
∴.
故函数的零点满足,
由，解得,．
（Ⅱ）由正弦定理得①.
由（Ⅰ）知，
而，得，
∴，
又，得.
∵，，代入①化简得：
，
又在锐角中，有，
又，，∴，
则有，即：.
【名师点睛】利用向量的共线与垂直和数量积之间的关系建立三角方程或三角函数式，从而解决三角函数中的求值、求角或求最值等问题是高考考查的热点.
6．在中,内角的对边分别为,且向量，若.
（1）求的值；
（2）若, 求在方向上的投影.
典例7 一质点受到平面上的三个力F1、F2、F3(单位：牛顿)的作用而处于平衡状态．已知F1、F2成60°角，且F1、F2的大小分别为2和4，则F3的大小为________．
【答案】
【解析】由题意知F3=−(F1＋F2)，∴|F3|=|F1＋F2|，
∴|F3|2=|F1|2＋|F2|2＋2|F1||F2|cs60°=28，
∴|F3|=.
7．在水流速度为的河流中，有一艘船正沿与水流垂直的方向以的速度航行，则船自身航行的速度大小为____________.
1．已知向量，，且，则
A． B．
C． D．
2．已知向量，则
A．0B．－1
C．2或－2D．
3．已知共点力F1=(lg 2，lg 2)，F2=(lg 5，lg 2)作用在物体M上，产生位移s=(2lg 5,1)，则共点力对物体做的功W为
A．lg 2B．lg 5
C．1D．2
4．设向量，满足且，则向量在向量方向的投影为
A．-2 B．-1
C．1 D．2
5．已知向量，则下列结论正确的是
A．B．
C．D．
6．已知向量，，若，的夹角为钝角，则的取值范围是
A．B．
C．且D．
7．在矩形中，,．若点，分别是，的中点，则
A．4B．3
C．2D．1
8．在中，，，，设点、满足，，若，则
A．B．2
C．D．3
9．中，设，若，则是
A．直角三角形 B．锐角三角形
C．钝角三角形 D．无法确定其形状
10．已知向量、为单位向量，且在的方向上的投影为，则向量与的夹角为
A．B．
C．D．
11．已知向量,则“”是“与的夹角为锐角”的
A．充分不必要条件B．充要条件
C．必要不充分条件D．既不充分也不必要条件
12．已知是边长为2的等边三角形，P为平面ABC内一点，则的最小值是
A．－B．－2
C．－D．－1
13．已知点，，，若，则的值为
A．B．
C．D．
14．已知是内部一点，，且，则的面积为
A． B．
C． D．
15．平面直角坐标系中，分别是与轴、轴正方向同向的单位向量，向量，，则以下说法正确的是
A． B．
C． D．
16．已知是互相垂直的单位向量,向量,,则__________．
17．平面向量与的夹角为，，，则__________．
18．已知，，且，共线，则向量在方向上的投影为__________．
19．如图，在矩形中，，，点为的中点，点在边上，且，则的值是 ．
A
B
C
E
F
D
20．在平行四边形中，，点在边上，则的取值范围是 ．
21．设向量，其中，若，则 .
22．已知向量与的夹角为，且，.若，且,则实数的值为__________．
23．在平行四边形中，.
（1）用表示；
（2）若，，求的值.
24．如图，在四边形中，，，，且.
（1）用表示；
（2）点在线段上，且，求的值.
1．（2019年高考全国I卷理数）已知非零向量a，b满足，且b，则a与b的夹角为
A． B．
C． D．
2．（2019年高考全国II卷理数）已知=(2,3)，=(3，t)，=1，则=
A．−3B．−2
C．2D．3
3．（2018新课标全国Ⅱ理科）已知向量，满足，，则
A．4B．3
C．2D．0
4．（2019年高考北京卷理数）设点A，B，C不共线，则“与的夹角为锐角”是“”的
A．充分而不必要条件B．必要而不充分条件
C．充分必要条件D．既不充分也不必要条件
5．（2018新课标全国Ⅰ理科）设抛物线C：y2=4x的焦点为F，过点（–2，0）且斜率为的直线与C交于M，N两点，则=
A．5 B．6
C．7 D．8
6．（2018浙江）已知a，b，e是平面向量，e是单位向量．若非零向量a与e的夹角为，向量b满足b2−4e·b+3=0，则|a−b|的最小值是
A．−1B．+1
C．2D．2−
7．（2017新课标全国Ⅱ理科）已知是边长为2的等边三角形，为平面内一点，则的最小值是
A．B．
C．D．
8．（2017北京理科）设m,n为非零向量，则“存在负数，使得”是“”的
A．充分而不必要条件B．必要而不充分条件
C．充分必要条件D．既不充分也不必要条件
9．（2019年高考全国III卷理数）已知a，b为单位向量，且a·b=0，若，则___________.
10．（2019年高考天津卷理数）在四边形中，，点在线段的延长线上，且，则___________．
11．（2017新课标全国Ⅰ理科）已知向量a，b的夹角为60°，|a|=2，|b|=1，则| a +2b |=___________．
12．（2017天津理科）在中，，，．若，
，且，则的值为___________．
13．（2017山东理科）已知是互相垂直的单位向量，若与的夹角为，则实数的值是___________．
14．（2017浙江）已知向量a，b满足则的最小值是________，最大值是___________．
15．（2019年高考江苏卷）如图，在中，D是BC的中点，E在边AB上，BE=2EA，AD与CE交于点.若，则的值是___________．
变式拓展
1．【答案】C
【解析】在平行四边形中，，，
则，，
则．
故选C．
2．【答案】B
【解析】如图所示，
菱形的边长为2，，
∴，∴，
∴，且，
∴，
故选B．
3．【答案】
【解析】∵与的夹角为钝角，
∴，即，
∴.
又当与反向时，夹角为180°，即，则，解得.
应该排除反向的情形，即排除，
于是实数λ的取值范围为.
【误区警示】依据两向量夹角θ的情况,求向量坐标中的参数时,需注意当夹角为0°时,;当夹角为180°时,,这是容易忽略的地方.
4．【答案】
【解析】，
得，
，
当时，有最小值.
5．【答案】B
【解析】根据题意建立平面直角坐标系，如图所示，
设点，则，
，，，
，
由图形可知，当，时，上式取得最小值是．
故选B．
6．【解析】（1）∵，，
，
又为的内角，.
（2）在中，由正弦定理，得，，
，为锐角，，
由余弦定理，得，
解得或（舍去）.
∴在方向上的投影为.
7．【答案】
【解析】如图，代表水流速度，代表船自身航行的速度，而代表实际航行的速度，所以有，所以船自身航行的速度大小为.
专题冲关
1．【答案】D
【解析】∵，，∴，
又，∴，∴.
故选D.
2．【答案】A
【解析】因为，
所以，
所以.
故选A．
3．【答案】D
【解析】由题意，共点力F1=(lg 2，lg 2)，F2=(lg 5，lg 2)作用在物体M上，其合力为F1+F2=（1，2lg2）, 产生位移s=(2lg 5,1)，则共点力对物体做的功W=( F1+F2)
故.
4．【答案】A
【解析】由题意可知：，，则.故选A.
5．【答案】D
【解析】选项A：=，所以选项A错误；
选项B：，∴不平行于，所以选项B错误；
选项C：，因为，所以选项C错误；
选项D：，因为，所以选项D正确，
故选D.
6．【答案】C
【解析】若，的夹角为钝角，则且不反向共线，
由，得.
当向量，共线时，，得，此时.
所以且.
故选C．
7．【答案】C
【解析】由题意作出图形，如图所示：
由图及题意，可得：，
，
∴.
故选C．
8．【答案】D
【解析】因为，所以，所以
.
由已知，，则.
故选D.
9．【答案】C
【解析】因为，所以,则A为钝角，是钝角三角形.
故选C．
10．【答案】A
【解析】设向量与的夹角为，
因为向量、为单位向量，且在的方向上的投影为，
所以，
即，则，
又，所以，
故选A．
11．【答案】C
【解析】若与的夹角为锐角,则,且与不平行,所以,得x>0,且,所以“”是“与的夹角为锐角”的必要不充分条件.
故选C．
12．【答案】A
【解析】以为轴，以边上的高为轴建立平面直角坐标系，如图，
则，
设，则，
所以当时，取得最小值.
故选A．
13．【答案】C
【解析】，，
，
则，
.
故选C.
14．【答案】A
【解析】由可知点O是的重心，，
又 ，所以，则=，
故选A．
15．【答案】B
【解析】由题意不妨设，
则，，
据此逐一考查所给的选项：
，，则，选项A错误；
，则，选项B正确；
，则，选项C错误；
不存在实数满足，则不成立，选项D错误.
故选B.
16．【答案】2
【解析】由题得.
17．【答案】
【解析】由，得，
又，且向量的夹角为，，
.
18．【答案】
【解析】由与共线得：，解得：.
向量在方向上的投影为：.
19．【答案】
【解析】以为原点，为轴，为轴，建立平面直角坐标系，
则，，，，
∴，，
∴.
20．【答案】
【解析】因为点在边上，所以设，
则，，
所以
，
又，所以，
故答案为．
21．【答案】
【解析】将的两边平方并化简可得，，
又∵，是单位向量，∴，即，即，
又∵，∴.
22．【答案】
【解析】由题意可得，即，
整理得，
因为向量与的夹角为，且，，
所以，解得.
23．【解析】（1）.
（2）∵，，
∴.
由图可得：，
∴.
24．【解析】（1）因为，所以.
因为，所以 .
（2）因为，所以.
因为，所以点共线.
因为，所以.
以为坐标原点，所在的直线为轴，建立如图所示的平面直角坐标系.
因为，，，
所以.
所以，.
因为点在线段上，且，
所以，
所以.
因为，
所以.
直通高考
1．【答案】B
【解析】因为b，所以=0，所以，所以=，所以a与b的夹角为，故选B．
【名师点睛】对向量夹角的计算，先计算出向量的数量积及各个向量的摸，在利用向量夹角公式求出夹角的余弦值，再求出夹角，注意向量夹角范围为．
2．【答案】C
【解析】由，，得，则，．故选C．
【名师点睛】本题专题为平面向量的数量积，侧重基础知识和基本技能，难度不大．
3．【答案】B
【解析】因为
所以选B.
4．【答案】C
【解析】与的夹角为锐角，所以，即
，因为，所以|+|>||；
当|+|>||成立时，|+|2>|-|2•>0，
又因为点A，B，C不共线，所以与的夹角为锐角.
故“与的夹角为锐角”是“|+|>||”的充分必要条件.
故选C．
【名师点睛】本题考查充要条件的概念与判断､平面向量的模､夹角与数量积,同时考查了转化与化归数学思想.
5．【答案】D
【解析】根据题意，过点（–2，0）且斜率为的直线方程为，与抛物线方程联立，消元整理得：，解得，
又，所以，
从而可以求得，故选D.
6．【答案】A
【解析】设，则由得，
由b2−4e·b+3=0得因此|a−b|的最小值为圆心到直线的距离减去半径1，为选A.
7．【答案】B
【解析】如图，以为轴，的垂直平分线为轴，为坐标原点建立平面直角坐标系，
则，，，
设，所以，，，
所以，，
当时，所求的最小值为，故选B．
【名师点睛】平面向量中有关最值问题的求解通常有两种思路：
①“形化”，即利用平面向量的几何意义将问题转化为平面几何中的最值或范围问题，然后根据平面图形的特征直接进行判断；
②“数化”，即利用平面向量的坐标运算，把问题转化为代数中的函数最值与值域、不等式的解集、方程有解等问题，然后利用函数、不等式、方程的有关知识来解决．
8．【答案】A
【解析】若，使，则两向量反向，夹角是，那么
；若，那么两向量的夹角为，并不一定反向，即不一定存在负数，使得，所以是充分而不必要条件，故选A.
9．【答案】
【解析】因为，，
所以，
，所以，
所以．
【名师点睛】本题主要考查平面向量的数量积、向量的夹角．渗透了数学运算、直观想象素养．使用转化思想得出答案．
10．【答案】
【解析】建立如图所示的直角坐标系，∠DAB=30°，则，.
因为∥，，所以，
因为，所以，
所以直线的斜率为，其方程为，
直线的斜率为，其方程为.
由得，，
所以.
所以.
【名师点睛】平面向量问题有两大类解法：基向量法和坐标法，在便于建立坐标系的问题中使用坐标方法更为方便.
11．【答案】
【解析】方法一：，
所以.
方法二：利用如下图形，可以判断出的模长是以2为边长，一夹角为60°的菱形的对角线的长度，则为.
【名师点睛】平面向量中涉及有关模长的问题时，常用到的通法是将模长进行平方，利用向量数量积的知识进行解答，很快就能得出答案；另外，向量是一个工具型的知识，具备代数和几何特征，在做这类问题时可以使用数形结合的思想，会加快解题速度.
12．【答案】
【解析】由题可得，
则．
【名师点睛】根据平面向量基本定理，利用表示平面向量的一组基底可以表示平面内的任一向量，利用向量的定比分点公式表示向量，则可获解．本题中已知模和夹角，作为基底易于计算数量积．
13．【答案】
【解析】∵，
，
，
，解得．
【名师点睛】（1）平面向量与的数量积为，其中是与的夹角，要注意夹角的定义和它的取值范围：.
（2）由向量的数量积的性质有，，，因此，利用平面向量的数量积可以解决与长度、角度、垂直等有关的问题．
（3）本题主要利用向量的模与向量运算的灵活转换，应用平面向量的夹角公式，建立关于的方程求解.
14．【答案】4，
【解析】设向量的夹角为，则，
，
则，
令，则，
据此可得：，
即的最小值是4，最大值是．
【名师点睛】本题通过设向量的夹角为，结合模长公式，可得
，再利用三角函数的有界性求出最大、最小值，属中档题，对学生的转化能力和最值处理能力有一定的要求．
15．【答案】.
【解析】如图，过点D作DF//CE，交AB于点F，由BE=2EA，D为BC的中点，知BF=FE=EA,AO=OD．
，
，
得即故
【名师点睛】本题考查在三角形中平面向量的数量积运算，渗透了直观想象、逻辑推理和数学运算素养.采取几何法，利用数形结合和方程思想解题.