新高考数学一轮复习题型归纳讲义专题09 平面向量 9.2数量积(含解析)
展开专题九 《平面向量》讲义
9.2 数量积
知识梳理.数量积
1.向量的夹角
(1)定义:已知两个非零向量a和b,作=a,=b,则∠AOB就是向量a与b的夹角.
(2)范围:设θ是向量a与b的夹角,则0°≤θ≤180°.
(3)共线与垂直:若θ=0°,则a与b同向;若θ=180°,则a与b反向;若θ=90°,则a与b垂直.
2.平面向量的数量积
定义
设两个非零向量a,b的夹角为θ,则|a||b|·cos_θ叫做a与b的数量积,记作a·b
投影
|a|cos_θ叫做向量a在b方向上的投影,
|b|cos_θ叫做向量b在a方向上的投影
几何意义
数量积a·b等于a的长度|a|与b在a的方向上的投影|b|cos_θ的乘积
3.向量数量积的运算律
(1)a·b=b·a.
(2)(λa)·b=λ(a·b)=a·(λb).
(3)(a+b)·c=a·c+b·c.
4.平面向量数量积的有关结论
已知非零向量a=(x1,y1),b=(x2,y2),a与b的夹角为θ.
结论
几何表示
坐标表示
模
|a|=
|a|=
夹角
cos θ=
cos θ=
a⊥b的充
要条件
a·b=0
x1x2+y1y2=0
题型一. 基本公式
1.若非零向量、满足且,则与的夹角为( )
A. B. C. D.
【解答】解:∵非零向量、满足,且,设与的夹角为θ,θ∈[0,π],
∴(2)•2•0,即2•,∴2||•||•cosθ,
求得cosθ,∴θ,
故选:C.
2.已知非零向量,夹角为45°,且||=2,||=2.则||等于( )
A.2 B.2 C. D.
【解答】解:非零向量,夹角为45°,且||=2,||=2.
可得4,
4﹣2||+||2=4
则||=2.
故选:A.
3.已知向量,及实数t满足|t|=3.若•2,则t的最大值是 .
【解答】解:由于求t的最大值,即t>0,
由|t|=3,•2,
两边平方可得(t)2=9,
即为2+t22+2t•9,
即有2+t22=9﹣4t,
由2+t22≥2t||•||≥2t•4t,
当且仅当,同向时,取得等号.
由9﹣4t≥4t,解得t.
即有t的最大值为.
故答案为:.
题型二. 几何意义——投影
1.设向量,是夹角为的单位向量,若3,,则向量在方向的投影为( )
A. B. C. D.1
【解答】解:∵向量,是夹角为的单位向量,
∴1,.
3,
∴.
∴向量在方向的投影为.
故选:A.
2.如图,在平行四边形ABCD中,AP⊥BD,垂足为P,且AP=3,则 18 .
【解答】解:设AC与BD交于点O,则AC=2AO
∵AP⊥BD,AP=3,
在Rt△APO中,AOcos∠OAP=AP=3
∴||cos∠OAP=2||×cos∠OAP=2||=6,
由向量的数量积的定义可知,||||cos∠PAO=3×6=18
故答案为:18
3.如图,A是半径为5的圆O上的一个定点,单位向量在A点处与圆O相切,点P是圆O上的一个动点,且点P与点A不重合,则•的取值范围是 [﹣5,5] .
【解答】解:如图所示:设∠PAB=θ,作OM⊥AP,则∠AOM=θ,
∴sinθ,AM=5sinθ,AP=2AM=10sinθ.
∴10sinθ×1×cosθ=5sin2θ∈[﹣5,5],
故答案为:[﹣5,5].
题型三. 转换基底
1.如图,在△ABC中,AD⊥AB,2,||=1,则•( )
A.2 B. C. D.﹣2
【解答】解:在△ABC中,AD⊥AB,2,||=1,
则•()•
=0+2•2()•
=222•1﹣0=2,
故选:A.
2.已知向量与的夹角为120°,且,,若且,则实数λ的值为( )
A. B. C. D.
【解答】解:向量与的夹角为120°,且,,
可得•3×2×cos120°=﹣3,
若且,
则•(λ)•()2﹣λ2+(λ﹣1)•
=4﹣9λ﹣3(λ﹣1)=0,
解得λ.
故选:C.
3.如图,P为△AOB所在平面内一点,向量,,且点P在线段AB的垂直平分线上,向量.若||=3,||=2,则的值为 .
【解答】解:设线段AB的垂直平分线为PH,H为垂足,
则
,
则()•()
()
(32﹣22)+0.
故答案为:.
题型四. 数量积运算律求最值
1.向量的夹角为120°,,,则的最大值为( )
A. B.2 C. D.4
【解答】解:|2|≤|2|+||,计算:|2|22+42+4||2+4||2+4||•||cosθ=1+4﹣43,
∴|2|,|2|≤|2|+||=2,当且仅当||2|=||时取等号.
故的最大值为2,
故选:C.
2.已知向量,满足||=5,||=1且|4|,则•的最小值为 .
【解答】解:∵|4|,
∴81621,
即25﹣816≤21,
∴.
故答案为:.
3.在梯形ABCD中,AB∥CD,AB=BC=2,CD=1,M是线段BC上的动点,若,则的取值范围是 [1,4) .
【解答】解:由已知有:||=||,,,(0≤λ≤1),
则())=()()=﹣3,
所以,
因为0≤λ≤1,∴∈[1,10],
因为,其中为与的夹角,θ∈(0,π),
因为cosθ∈(﹣1,1),所以2×2cosθ=4cosθ∈(﹣4,4),
又,所以.
故答案为:[1,4).
题型五.数量积坐标运算
1.已知向量(2,1),(1,﹣1),(m﹣2,﹣n),其中m,n均为正数,且()∥,下列说法正确的是( )
A.与的夹角为钝角
B.向量在方向上的投影为
C.2m+n=4
D.mn的最大值为2
【解答】解:根据题意,依次分析选项:
对于A,向量(2,1),(1,﹣1),则•2﹣1=1>0,则、的夹角为锐角,A错误;
对于B,向量(2,1),(1,﹣1),则向量a在b方向上的投影为,B错误;
对于C,向量(2,1),(1,﹣1),则(1,2),若()∥,则(﹣n)=2(m﹣2),变形可得2m+n=4,C正确;
对于D,由C的结论,2m+n=4,而m,n均为正数,则有mn(2m•n)()2=2,即mn的最大值为2,D正确;
故选:CD.
2.如图,在矩形ABCD中,AB,BC=2,点E为BC的中点,点F在边CD上,若,则的值是 .
【解答】解:∵,
||,
∴||=1,||1,
∴()()22,
故答案为:
3.已知边长为2的菱形ABCD中,点F为BD上一动点,点E满足2,,则的最小值为( )
A. B. C. D.
【解答】解:由题意知:,
设∠DAB=θ,
所以()•()24cosθ﹣4cosθ,
所以cosθ,
又θ∈(0,π),
所以,
以AC与BD交点为原点,AC为x轴,BD为y轴建立如图所示的直角坐标系,
所以A(,0),C(,0),D(0,1),B(0,﹣1),E(),
设F(0,t),
则(,t),(,t),
所以2+t(t)=t2(t)2,
当t时,取最小值,
故选:D.
题型六. 极化恒等式
1.设向量,满足||,||,则( )
A.﹣1 B.1 C.4 D.﹣4
【解答】解:∵||,∴()2=10,∴2•10 ①,
∵||,∴()2=6,∴2•6 ②,
①﹣②得 4•4,∴•1.
故选:B.
2.如图,△ABC是边长为的等边三角形,P是以C为圆心,1为半径的圆上的任意一点,则的取值范围是 [1,13] .
【解答】解:∵2,∠ACB=60°
∴•2•2cos60°=6
∵,
∴()()•()2
∵1
∴•6()+1=7()
∵△ABC是边长为2的等边三角形,
∴向量是与AB垂直且方向向上,长度为6的一个向量
由此可得,点P在圆C上运动,当与共线同向时,()取最大值,且这个最大值为6
当与共线反向时,()取最小值,且这个最小值为﹣6
故的最大值为7+6=13,最小值为7﹣6=1.即的取值范围是[1,13]
故答案为:[1,13]
3.已知△ABC是边长为4的等边三角形,P为平面ABC内一点,则的最小值为( )
A.﹣3 B.﹣6 C.﹣2 D.
【解答】解:以BC中点为坐标原点,建立如图所示的坐标系,
则A(0,2),B(﹣2,0),C(2,0),
设P(x,y),则(﹣x,2y),(﹣2﹣x,﹣y),(2﹣x,﹣y),
所以则的最=﹣x•(﹣2x)+(2y)•(﹣2y)=2x2﹣4y+2y2
=2[x2+2(y)2﹣3];
所以当x=0,y时,取得最小值为2×(﹣3)=﹣6,
故选:B.
课后作业. 数量积
1.已知向量、满足,,,则与夹角为( )
A.45° B.60° C.90° D.120°
【解答】解:,,
∴,
∴,
∴,即4,
∴,
∴,且,
∴.
故选:B.
2.已知△ABC满足,则△ABC的形状为( )
A.直角三角形 B.等边三角形
C.等腰直角三角形 D.等腰三角形
【解答】解:根据2•得到:c2=2bccosA,
由正弦定理2R,可得sin2C=2sinBsinCcosA,
又C为三角形的内角,得到sinC≠0,
可得sinC=2sinBcosA,
又sinC=sin[π﹣(A+B)]=sin(A+B),
∴sin(A+B)=sinAcosB+cosAsinB=2sinBcosA,即sinAcosB﹣cosAsinB=0,
∴sin(A﹣B)=0,且A和B都为三角形的内角,
∴A=B,
则△ABC的形状为等腰三角形.
故选:D.
3.已知向量,||=1,对任意t∈R,恒有|t|≥||,则( )
A.⊥ B.⊥()
C.⊥() D.()⊥()
【解答】解:已知向量 ,||=1,对任意t∈R,恒有|t|≥||
即|t|2≥||2∴
即
故选:C.
4.如图,在△ABC中,M是BC的中点,AM=3,BC=10,则( )
A.34 B.28 C.﹣16 D.﹣22
【解答】解:∵,且AM=3,BC=10,
∴||=3,||=||=5,
∴25,0,
∴()•()
=9﹣25
=﹣16.
故选:C.
5.如图,在△ABC中,,,P为CD上一点,且满足,若AC=3,AB=4,则的值为( )
A.﹣3 B. C. D.
【解答】解:∵2,∴,
∵∥,∴k,即k(),又∵,
则(m﹣1)k(),∴,∴k,m,
则••()=()•()22•4×3cos,
故选:C.
6.如图,在矩形ABCD中,AB,BC=2,点E为BC的中点,点F在边CD上,若,则的值是 .
【解答】解:∵,
||,
∴||=1,||1,
∴()()22,
故答案为:
7.已知均为单位向量,且.若,则的取值范围是( )
A. B.[3,5] C.[3,4] D.
【解答】解:∵均为单位向量,且.
∴设,再设,
代入,得.
即(x,y)到A(4,0)和B(0,3)的距离和为5,
∴的终点轨迹是点(4,0)和(0,3)之间的线段,
,表示M(﹣1,0)到线段AB上点的距离,
最小值是点(﹣1,0)到直线3x+4y﹣12=0的距离.
∴.
最大值为|MA|=5.
∴的取值范围是[3,5].
故选:B.
8.已知在直角三角形ABC中,A为直角,AB=1,BC=2,若AM是BC边上的高,点P在△ABC内部或边界上运动,则的取值范围是( )
A.[﹣1,0] B. C. D.
【解答】解:如图,
由AB=1,BC=2,可得AC,
以AB所在直线为x轴,以AC所在直线为y轴,建立平面直角坐标系,
则B(1,0),C(0,),直线BC方程为x1则直线AM方程为yx,
联立,解得:M(,),
由图可知,当P在线段BC上时,•有最大值为0,
当P在线段AC上时,•有最小值,设P(0,y)(0≤y),
∴•(,)(﹣1,y)y.
∴•的范围是[,0].
故选:D.
9.在平面内,定点A,B,C,D满足||=||=||=2,•••0,动点P,M满足||=1,,则||2的最大值为 .
【解答】解:平面内,||=||=||=2,•••0,
∴⊥,⊥,⊥,
可设D(0,0),A(2,0),B(﹣1,),C(﹣1,),
∵动点P,M满足||=1,,
可设P(2+cosθ,sinθ),M(,),
∴(,),
∴,
当且仅当sin(θ)=1时取等号,
∴||2的最大值为.
故答案为:.
专题3-7 平面向量线性运算及模与数量积最值16题型归类(讲+练)-高考数学一轮复习热点题型归纳培优讲义(新高考通用): 这是一份专题3-7 平面向量线性运算及模与数量积最值16题型归类(讲+练)-高考数学一轮复习热点题型归纳培优讲义(新高考通用),文件包含专题3-7平面向量线性运算及模与数量积最值归类原卷版docx、专题3-7平面向量线性运算及模与数量积最值归类解析版docx等2份试卷配套教学资源,其中试卷共65页, 欢迎下载使用。
高考数学一轮复习题型归纳讲义 专题09 平面向量 专项练习 (原卷版+解析版): 这是一份高考数学一轮复习题型归纳讲义 专题09 平面向量 专项练习 (原卷版+解析版),文件包含专题09平面向量专项练习解析版docx、专题09平面向量专项练习原卷版docx等2份试卷配套教学资源,其中试卷共13页, 欢迎下载使用。
高考数学一轮复习题型归纳讲义 专题09 平面向量 9.2数量积 题型归纳讲义 (原卷版+解析版): 这是一份高考数学一轮复习题型归纳讲义 专题09 平面向量 9.2数量积 题型归纳讲义 (原卷版+解析版),文件包含专题09平面向量92数量积题型归纳讲义解析版docx、专题09平面向量92数量积题型归纳讲义原卷版docx等2份试卷配套教学资源,其中试卷共22页, 欢迎下载使用。