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文档介绍
【数学】2020届一轮复习人教B版平面向量的应用学案
§6.4 平面向量的应用 最新考纲 考情考向分析 会用向量方法解决某些简单的平面几何问题. 主要考查平面向量与函数、三角函数、不等式、数列、解析几何等综合性问题,求参数范围、最值等问题是考查的热点,一般以选择题、填空题的形式出现,偶尔会出现在解答题中,属于中档题. 1.向量在平面几何中的应用 (1)用向量解决常见平面几何问题的技巧: 问题类型 所用知识 公式表示 线平行、点共线等问题 共线向量定理 a∥b⇔a=λb⇔x1y2-x2y1=0, 其中a=(x1,y1),b=(x2,y2),b≠0 垂直问题 数量积的运算性质 a⊥b⇔a·b=0⇔x1x2+y1y2=0, 其中a=(x1,y1),b=(x2,y2),且a,b为非零向量 夹角问题 数量积的定义 cosθ=(θ为向量a,b的夹角),其中a,b为非零向量 长度问题 数量积的定义 |a|==, 其中a=(x,y),a为非零向量 (2)用向量方法解决平面几何问题的步骤 平面几何问题向量问题解决向量问题解决几何问题. 2.向量在解析几何中的应用 向量在解析几何中的应用,是以解析几何中的坐标为背景的一种向量描述.它主要强调向量的坐标问题,进而利用直线和圆锥曲线的位置关系的相关知识来解答,坐标的运算是考查的主体. 3.向量与相关知识的交汇 平面向量作为一种工具,常与函数(三角函数)、解析几何结合,常通过向量的线性运算与数量积,向量的共线与垂直求解相关问题. 概念方法微思考 1.根据你对向量知识的理解,你认为可以利用向量方法解决哪些几何问题? 提示 (1)线段的长度问题.(2)直线或线段平行问题.(3)直线或线段垂直问题.(4)角的问题等. 2.如何用向量解决平面几何问题? 提示 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然后通过向量运算,研究几何元素之间的关系,如距离、夹角等问题,最后把运算结果“翻译”成几何关系. 题组一 思考辨析 1.判断下列结论是否正确(请在括号中打“√”或“×”) (1)若∥,则A,B,C三点共线.( √ ) (2)在△ABC中,若·<0,则△ABC为钝角三角形.( × ) (3)若平面四边形ABCD满足+=0,(-)·=0,则该四边形一定是菱形.( √ ) (4)已知平面直角坐标系内有三个定点A(-2,-1),B(0,10),C(8,0),若动点P满足:=+t(+),t∈R,则点P的轨迹方程是x-y+1=0.( √ ) 题组二 教材改编 2.[P108A组T5]已知△ABC的三个顶点的坐标分别为A(3,4),B(5,2),C(-1,-4),则该三角形为( ) A.锐角三角形 B.直角三角形 C.钝角三角形 D.等腰直角三角形 答案 B 解析 =(2,-2),=(-4,-8),=(-6,-6), ∴||==2,||==4, ||==6, ∴||2+||2=||2, ∴△ABC为直角三角形. 3.[P113A组T1]在平面直角坐标系xOy中,若定点A(1,2)与动点P(x,y)满足·=4,则点P的轨迹方程是____________. 答案 x+2y-4=0 解析 由·=4,得(x,y)·(1,2)=4,即x+2y=4. 题组三 易错自纠 4.在△ABC中,已知=(2,3),=(1,k),且△ABC的一个内角为直角,则实数k的值为________________. 答案 -或或 解析 ①若A=90°,则有·=0, 即2+3k=0, 解得k=-; ②若B=90°,则有·=0, 因为=-=(-1,k-3), 所以-2+3(k-3)=0,解得k=; ③若C=90°,则有·=0, 即-1+k(k-3)=0, 解得k=. 综上所述,k=-或或. 5.在四边形ABCD中,=(1,2),=(-4,2),则该四边形的面积为________. 答案 5 解析 依题意得·=1×(-4)+2×2=0, 所以⊥,所以四边形ABCD的面积为 ||·||=××=5. 6.已知点P在圆x2+y2=1上,点A的坐标为(-2,0),O为坐标原点,则·的最大值为________. 答案 6 解析 方法一 由题意知,=(2,0), 令P(cosα,sinα),则=(cosα+2,sinα). ·=(2,0)·(cosα+2,sinα)=2cosα+4≤6, 故·的最大值为6. 方法二 由题意知,=(2,0),令P(x,y),-1≤x≤1, 则·=(2,0)·(x+2,y)=2x+4≤6, 故·的最大值为6. 第1课时 平面向量在几何中的作用 题型一 向量在平面几何中的应用 命题点1 向量和平面几何知识的综合 例1(1)如图,在梯形ABCD中,AB∥CD,CD=2,∠BAD=,若·=2·,则·=________. 答案 12 解析 (1)方法一 因为·=2·, 所以·-·=·, 所以·=·. 因为AB∥CD,CD=2,∠BAD=, 所以2||=||||cos,化简得||=2. 故·=·(+)=||2+· =(2)2+2×2cos=12. 方法二 如图,建立平面直角坐标系xAy. 依题意,可设点D(m,m), C(m+2,m),B(n,0), 其中m>0,n>0, 则由·=2·, 得(n,0)·(m+2,m)=2(n,0)·(m,m), 所以n(m+2)=2nm,化简得m=2. 故·=(m,m)·(m+2,m)=2m2+2m=12. (2)(2018·浙江联盟校联考)已知动点P是边长为的正方形ABCD的边上任意一点,MN是正方形ABCD的外接圆O的一条动弦,且MN=,则·的取值范围是________. 答案 解析 如图,取MN的中点H,连接PH,则=+=-,=+,因为MN=,所以·=2-2=2-≥-,当且仅当点P,H重合时取到最小值.当P,H不重合时,连接PO,OH,易得OH=,则2=(+)2=2+2·+2=2+-2||·||cos∠POH=2+-||cos∠POH≤2++||≤+,当且仅当P,O,H三点共线,且P在A,B,C,D其中某一点处时取到等号,所以·=2-≤+1,故·的取值范围为. 命题点2 三角形的“四心” 例2已知O是平面上的一定点,A,B,C是平面上不共线的三个动点,若动点P满足=+λ(+),λ∈(0,+∞),则点P的轨迹一定通过△ABC的( ) A.内心 B.外心 C.重心 D.垂心 答案 C 解析 由原等式,得-=λ(+),即=λ(+),根据平行四边形法则,知+是△ABC的中线AD(D为BC的中点)所对应向量的2倍,所以点P的轨迹必过△ABC的重心. 引申探究 1.在本例中,若动点P满足=+λ,λ∈(0,+∞),则如何选择? 答案 A 解析 由条件,得-=λ, 即=λ,而和分别表示平行于,的单位向量,故+平分∠BAC, 即平分∠BAC,所以点P的轨迹必过△ABC的内心. 2.在本例中,若动点P满足=+λ,λ∈(0,+∞),则如何选择? 答案 D 解析 由条件,得=λ, 从而·=λ =λ·+λ· =0, 所以⊥, 则动点P的轨迹一定通过△ABC的垂心. 命题点3 平面向量与解三角形 例3(1)O是△ABC的外心(三角形外接圆的圆心).若=+,则∠BAC等于( ) A.30°B.45°C.60°D.90° 答案 C 解析 取BC的中点D,连接AD,则+=2. 由题意得3=2, ∴AD为BC的中线且O为重心.又O为外心, ∴△ABC为正三角形, ∴∠BAC=60°,故选C. (2)在△ABC中,AB=8,AC=6,AD垂直BC于点D,E,F分别为AB,AC的中点,若·=6,则BC等于( ) A.2 B.10 C.2 D.14 答案 A 解析 由题意,知DE=AE=4,DF=AF=3, ∵·=||·||·cos∠EDF =||·||· ===6, ∴||=,∴BC=2. 思维升华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进行求解. 跟踪训练1 (1)(2018·杭州二模)设P为△ABC所在平面上一点,且满足3+4=m(m>0).若△ABP的面积为8,则△ABC的面积为________. 答案 14 解析 由3+4=m, 可得+=, 可设=+, 则D,A,C共线,且D在线段AC上, 可得=, ∴D分AC的比为4∶3, ∴C到直线AB的距离等于P到直线AB的距离的倍, 故S△ABC=S△ABP=×8=14. (2)(2018·浙江十校联盟适应性考试)已知正方形ABCD的边长为6,点E,F分别在边AD,BC上,且DE=EA,CF=2FB,如果对于常数λ,在正方形ABCD 的四条边上(不含顶点)有且仅有2个不同的点P,使得·=λ,则λ的取值范围为________. 答案 解析 由题意作出图形如图所示,连接EF,取EF的中点G,连接PG,则·=(+)·(+)=(+)·(-)=2-2=2-2=2-.由已知和图形可得以点G为圆心,PG为半径的圆只能与AB相交,与BC,AD,CD相离,得PG∈,易得λ∈. 题型二 向量在解析几何中的应用 命题点1 向量共线的应用 例4 (1)已知向量=(k,12),=(4,5),=(10,k),且A,B,C三点共线,当k<0时,若k为直线的斜率,则过点(2,-1)的直线方程为________________. (2)已知梯形ABCD,其中AB∥CD,且DC=2AB,三个顶点A(1,2),B(2,1),C(4,2),则点D的坐标为________. 答案 (1)2x+y-3=0 (2)(2,4) 解析 (1)∵=-=(4-k,-7), =-=(6,k-5),且∥, ∴(4-k)(k-5)+6×7=0, 解得k=-2或k=11. 由k<0可知k=-2,则过点(2,-1)且斜率为-2的直线方程为y+1=-2(x-2),即2x+y-3=0. (2)∵在梯形ABCD中,DC=2AB,AB∥CD,∴=2. 设点D的坐标为(x,y), 则=(4,2)-(x,y)=(4-x,2-y), =(2,1)-(1,2)=(1,-1), ∴(4-x,2-y)=2(1,-1),即(4-x,2-y)=(2,-2), ∴解得 故点D的坐标为(2,4). 命题点2 解析几何中的最值问题 例5 (1)(2018·浙江镇海中学模拟)已知点P在双曲线-=1上,点A满足=(t-1)(t∈R),且·=64,=(0,1),则|·|的最大值为( ) A.B.C.D. 答案 B 解析 ∵=(t-1),∴=t, ∴(xA,yA)=t(xP,yP).又点(xP,yP)在双曲线上, ∴-=1,∴x=+16t2,① ∵·=64,∴||·||=|t|||2=64, ∴|t|=64,将①代入上式整理得 +16|t|=64, 即64=+16|t|≥2=|yA|, 当且仅当|t|=时取等号,∴|yA|≤, |·|=|(0,1)·(xA,yA)|=≤. ∴|·|的最大值为. (2)(2018·绍兴市适应性考试)已知正三角形ABC的边长为4,O是平面ABC内的动点,且∠AOB=,则·的最大值为________. 答案 解析 设△ABC的外接圆为⊙O′,则⊙O′的直径,2R==,∴R=, 以O′为原点,以O′C为y轴建立平面坐标系如图所示, 则=(4,0),∵∠AOB=∠ACB=,∴O的轨迹为优弧,设=(a,b),显然当O为圆O′与x轴负半轴的交点时,a取得最大值.∴·=4a≤,即·的最大值为. 命题点3 平面向量与几何动点问题 例6 (1)(2018·杭州二中交流卷)已知矩形ABCD的面积为2,M,N分别是AD,BC的中点,点P为线段MN上的动点,则·P+2的最小值是________. 答案 解析 分别以AB,AD所在直线为x,y轴建立平面直角坐标系,A为坐标原点,设B(m,0),M(0,n),P(x,n)(m>0,n>0), 则mn=1,=(-x,-n),=(m-x,-n). ·+2=x2-mx+n2+m2 =2+n2+m2≥n2+m2, 而n2+m2≥mn=, 故当x=且n=m,即当m=,n=, x=时,·+2取最小值. (2)(2018·绍兴、诸暨期末)已知△ABC,满足+=,点D为线段AB上一动点,若·的最小值为-3,则△ABC的面积S等于( ) A.9B.9C.18D.18 答案 D 解析 因为+=+, 所以由平面向量的基本定理得==,记||=3m,||=2m(其中m>0),则由|+|=m,得cosA=,设=t(-1≤t≤0),故·=t·(t+)=3m2(3t2+t)≥-m2=-3,即m2=12, 因此S△ABC=||·||sinA=18,故选D. 思维升华向量在解析几何中的“两个”作用 (1)载体作用:向量在解析几何问题中出现,多用于“包装”,解决此类问题的关键是利用向量的意义、运算脱去“向量外衣”,导出曲线上点的坐标之间的关系,从而解决有关距离、斜率、夹角、轨迹、最值等问题. (2)工具作用:利用a⊥b⇔a·b=0(a,b为非零向量),a∥b⇔a=λb(b≠0),可解决垂直、平行问题,特别地,向量垂直、平行的坐标表示对于解决解析几何中的垂直、平行问题是一种比较简捷的方法. 跟踪训练2 (1)已知点A在椭圆+=1上,点P满足=(λ-1)·(λ∈R)(O是坐标原点),且·=72,则线段OP在x轴上投影的最大值为________. 答案 15 解析 因为=(λ-1),所以=λ, 即O,A,P三点共线,因为·=72, 所以·=λ||2=72, 设A(x,y),OA与x轴正方向的夹角为θ,线段OP在x轴上的投影为|||cosθ|=|λ||x|===≤=15, 当且仅当|x|=时取等号. (2)(2018·浙江宁波高三适应性考试)已知点M为单位圆x2+y2=1上的动点,点O为坐标原点,点A在直线x=2上,则·的最小值为________. 答案 2 解析 由题意得·=(+)·=||2+·=||2+||cosθ,其中θ为向量和的夹角,因为点A在直线x=2上,所以||≥2,则由二次函数的性质易得当||=2时,·=||2+||cosθ取得最小值4+2cosθ,则当cosθ=-1,即向量和方向相反时,·取得最小值2. 1.在△ABC中,(+)·=||2,则△ABC的形状一定是( ) A.等边三角形 B.等腰三角形 C.直角三角形 D.等腰直角三角形 答案 C 解析 由(+)·=||2, 得·(+-)=0, 即·(++)=0,2·=0,∴⊥, ∴A=90°.又根据已知条件不能得到||=||, 故△ABC一定是直角三角形. 2.已知点A(-2,0),B(3,0),动点P(x,y)满足·=x2,则点P的轨迹是( ) A.圆 B.椭圆 C.双曲线 D.抛物线 答案 D 解析 ∵=(-2-x,-y),=(3-x,-y), ∴·=(-2-x)(3-x)+y2=x2, ∴y2=x+6,即点P的轨迹是抛物线. 3.(2018·湖州质检)已知O是△ABC的外心,∠C=45°,若=m+n(m,n∈R),则m+n 的取值范围是( ) A.[-,] B.[-,1) C.[-,-1) D.(1,] 答案 B 解析 ∵O是△ABC的外心,∠C=45°, ∴∠AOB=90°,又=m+n, 两边平方可得m2+n2=1,∴(m+n)2≤2(m2+n2)=2, 当且仅当m=n时,等号成立,∴-≤m+n≤. 又由题意可知,m,n不能同时为正,∴m+n<1, 故m+n的取值范围是[-,1). 4.(2018·温州高考适应性测试)如图,已知△ABC的边BC的垂直平分线交BC于点Q,交AC于点P,若||=1,||=2,则·的值为( ) A.3 B. C. D. 答案 B 解析 连接AQ,因为PQ垂直平分BC,所以⊥,=(+),所以·=(+)·=·=(+)·(-)=(2-2)=(22-12)=.故选B. 5.过抛物线y2=2px(p>0)的焦点F的直线l与抛物线在第一象限的交点为A,与抛物线的准线的交点为B,点A在抛物线的准线上的射影为C,若=,·=48,则抛物线的方程为( ) A.y2=8x B.y2=4x C.y2=16x D.y2=4x 答案 B 解析 如图所示,由=,得F为线段AB的中点, ∵|AF|=|AC|,∴∠ABC=30°, 由·=48,得|BC|=4. 则|AC|=4,∴由中位线的性质, 有p=|AC|=2, 故抛物线的方程为y2=4x.故选B. 6.(2018·浙江六校协作体联考)已知O为坐标原点,=(3,1),||=,当△AOB的面积取得最大值时,等于( ) A.(-2,-4) B.(-4,2) C.(-2,-4)或(-4,2) D.(-2,-4)或(4,2) 答案 C 解析 方法一 由于||=,则点B在以点O(0,0)为圆心,为半径的圆上,由数形结合易知,要使△AOB的面积取得最大值,则需满足⊥.设=(a,b),则解得或 当时,=(1,-3), 则=-=(1,-3)-(3,1)=(-2,-4); 当时,=(-1,3), 则=-=(-1,3)-(3,1)=(-4,2). 综上,=(-2,-4)或(-4,2).故选C. 方法二 由于||=,则点B在以点O(0,0)为圆心,为半径的圆上,由数形结合易知,要使△AOB的面积取得最大值,则需满足⊥.在平面直角坐标系中,画出向量,, 当如图1所示时,过点A作AA′⊥x轴于点A′,过点B作BB′⊥x轴于点B′,则∠OBB′=∠AOA′,又||=||,所以Rt△AOA′≌Rt△OBB′,则|OB′|=|AA′|=1,|BB′|=|OA ′|=3,所以B(1,-3),=(1,-3),=(1,-3)-(3,1)=(-2,-4), 当如图2所示时,同理可得B(-1,3),=(-1,3),=(-1,3)-(3,1)=(-4,2), 综上,=(-2,-4)或(-4,2).故选C. 7.已知向量=(3,-4),=(0,-3),=(5-m,-3-m),若点A,B,C能构成三角形,则实数m满足的条件是________. 答案 m≠ 解析 由题意得=(-3,1),=(2-m,1-m),若A,B,C能构成三角形,则,不共线,则-3×(1-m)≠1×(2-m),解得m≠. 8.(2009·浙江改编)设向量a,b满足:|a|=3,|b|=4,a·b=0,以a,b,a-b的模为边长构成三角形,则它的边与半径为1的圆的公共点个数最多为________. 答案 4 解析 由|a|=3,|b|=4及a·b=0知a⊥b,故a,b,a-b构成直角三角形,且|a-b|=5.又其内切圆半径为=1.如图所示.将内切圆向上或向下平移可知该圆与该直角三角形最多有4个交点. 9.已知圆C:(x-2)2+y2=4,圆M:(x-2-5cosθ)2+(y-5sinθ)2=1(θ∈R),过圆M上任意一点P作圆C的两条切线PE,PF,切点分别为E,F,则·的最小值是________. 答案 6 解析 圆C:(x-2)2+y2=4的圆心为C(2,0),半径等于2,圆M:(x-2-5cosθ)2+(y-5sinθ)2=1, 圆心M(2+5cosθ,5sinθ),半径等于1. ∵|CM|=5>2+1,∴两圆相离. 如图所示,设直线CM和圆M交于H,G两点, 则·的最小值是·. |HC|=|CM|-1=5-1=4, |HE|=|HF|===2, sin∠CHE==, ∴cos∠EHF=cos2∠CHE=1-2sin2∠CHE=, ∴·=||·||cos∠EHF =2×2×=6. 10.已知点D为△ABC所在平面上一点,且满足=-,若△ACD的面积为1,则△ABD的面积为________. 答案 4 解析 由=-,得5=+4, 所以-=4(-),即=4. 所以点D在边BC上,且||=4||, 所以S△ABD=4S△ACD=4. 11.已知直线2x+y+2=0与x轴、y轴的交点分别为A,B,椭圆+=1(a>b>0)的左焦点F1和上顶点D,若·=0,则该椭圆的离心率e=________. 答案 解析 因为直线2x+y+2=0与x轴、y轴的交点分别为A,B,所以A(-1,0),B(0,-2),又F1(-c,0),D(0,b), 所以=(-c,2),=(1,b).因为·=0, 所以-c+2b=0,所以=,即=,所以=, 所以该椭圆的离心率e==. 12.如图,设正△BCD的外接圆O的半径为R,点A在BD下方的圆弧上,则·的最小值为________. 答案 - 解析 因为· =·=||2-|| =(||-1)2-, 因为R≤||≤2R,而查看更多
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