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    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)

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    这是一份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),共20页。试卷主要包含了2 数量积,向量数量积的运算律等内容,欢迎下载使用。

    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

    |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()•()
    ()
    (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∴

    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:.



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