还剩21页未读，
继续阅读
2020届二轮复习平面向量（二）学案（全国通用）
展开
年 级： 辅导科目：数学 课时数：
课 题
平面向量（二）
教学目的
教学内容
第三节 平面向量的数量积
（一）高考目标
考纲解读
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．
考向预测
1．平面向量数量积的运算、模与夹角、平行与垂直问题是高考命题的热点，多以选择题、填空题的形式出现，属中低档题．
2．数量积的几何运算与数量积的坐标运算及其几何意义，及数量积的变形应用均为常规应用，也是考查重点．关注数形结合思想的应用．
（二）课前自主预习
知识梳理
1．两个向量的夹角
(1)定义
已知两个 向量a和b，作 ＝a， ＝b，则∠AOB＝θ叫做向量a与b的夹角．
(2)范围
向量夹角θ的范围是 ，a与b同向时，夹角θ＝ ；a与b反向时，夹角θ＝ .
(3)向量垂直
如果向量a与b的夹角是 ，则a与b垂直，记作a⊥b.
2．平面向量的数量积
(1)已知两个非零向量a和b，它们的夹角为θ，则数量 叫做a与b的数量积(或内积)，记作 .
规定：零向量与任一向量的数量积为 .
两个非零向量a与b垂直的充要条件是 ，两个非零向量a与b平行的充要条件是 .
(2)向量的投影
定义：设θ为a与b的夹角，则 (|b|cosθ)叫做向量a在b方向上(b在a方向上)的投影．
(3)平面向量数量积的几何意义
数量积a·b等于a的长度|a|与b在a方向上的射影 的乘积．
3．平面向量数量积的重要性质
(1)e·a＝a·e＝ ；
(2)非零向量a，b，a⊥b⇔ ；
(3)当a与b同向时，a·b＝ ，当a与b反向时，a·b＝ ,a·a＝ ，|a|＝
(4)cosθ＝
(5)|a·b| |a||b|.
4．平面向量数量积满足的运算律
(1)a·b＝ (交换律)；
(2)(λa)·b = ＝ (λ为实数)；
(3)(a＋b)·c＝ .
5.平面向量数量积有关性质的坐标表示
设向量， ，则=
（1）若=,则= 或=
（2）设，，则A、B两点间的距离==
（3）设， ，则
（4）向量与的夹角为，则cos=
（三）基础自测
1．(2018·安徽)设向量a＝(1,0)，b＝(，)，则下列结论中正确的是( )
A．|a|＝|b| B．a·b＝ C．a－b与b垂直 D．a∥b
[答案] C
[解析] a－b＝(，－)
∴(a－b)·b＝(，－)·(，)＝0.
即a－b与b垂直，故选C.
2．(2018·新课标)a，b为平面向量，已知a＝(4,3)，2a＋b＝(3,18)，则a，b夹角的余弦值等于( )
A. B．－ C. D．－
[答案] C
[解析] 本题考查了平面向量的坐标运算和数量积的坐标运算，在解决问题时需要先设出向量坐标，然后求得参数，该题较为简单．
由题可知，设b＝(x，y)，则2a＋b＝(8＋x,6＋y)＝(3,18)，所以可以解得x＝－5，y＝12，故b＝(－5,12)，
所以cos〈a，b〉＝＝，故选C.
3．已知下列各式：
①a2＝|a|2 ②＝ ③(a·b)2＝a2·b2 ④(a－b)2＝a2－2a·b＋b2
其中正确的有________个．( )
A．1 B．2 C．3 D．4
[答案] B
[解析] ①正确．②错，∵＝＝，∴②错．③错．④正确，∴选B.
4．已知两单位向量a，b的夹角为60°，则两向量p＝2a＋b与q＝－3a＋2b的夹角为( )
A．60° B．120° C．30° D．150°
[答案] B
[分析] 本题求解中，要注意充分利用两向量的数量积及求向量模的运算公式及方法．
[解析] p·q＝(2a＋b)·(－3a＋2b)＝－6a2＋ab＋2b2
＝－6a2＋|a|·|b|·cos60°＋2b2＝－，
|p|＝|2a＋b|＝＝
＝＝，
|q|＝|－3a＋2b|＝＝
＝＝，
而cos〈p，q〉＝＝－.即p与q的夹角为120°.
5．(2018·江西文)已知向量a，b满足|b|＝2，a与b的夹角为60°，则b在a上的投影是____________．
[答案] 1
[解析] 本题考查了向量的投影问题，l＝＝|b|·cos60°＝1，属概念性考查．
6．(08·天津)如图，在平行四边形ABCD中，＝(1,2)，＝(－3,2)，则·＝________.
[答案] 3
[解析] ＝(＋)＝(－1,2)，
∴·＝－1＋4＝3.
7．已知i，j为互相垂直的单位向量，a＝i－2j，b＝i＋λj，且a与b的夹角为锐角，求实数λ的取值范围．
[解析] ∵设a与b的夹角为θ，则θ∈，
∴a·b>0且a，b不同向．
由a·b>0，得|i|2－2λ|j|2>0得λ<.
当a，b同向时，
由a＝kb(k>0)，得λ＝－2.
∴λ的取值范围为λ<且λ≠－2.
（四）典型例题
1.命题方向：数量积的运算
[例1] (1)已知等边三角形ABC的边长为1，求：①·＋·＋·；②|－2|；
③(2－)·(3＋2)．
(2)若a＝(3，－4)，b＝(2,1)，求(a－2b)·(2a＋3b)和|a＋2b|.
[分析] 利用向量数量积的定义、运算律及模的求法求解，注意两向量夹角的定义．
[解析] (1)①·＋·＋·
＝||||·cosA＋||||·cos(180°－B)＋||||·cosC
＝cos60°＋cos120°＋cos60°＝－＋＝.
②|－2|＝
＝＝＝＝.
③(2－)·(3＋2)＝62＋4·－3·－2·
＝6＋4×cos120°－3×cos60°－2×cos60°＝6－2－－1＝.
(2)∵a－2b＝(3，－4)－2(2,1)＝(－1，－6)
2a＋3b＝2(3，－4)＋3(2,1)＝(12，－5)
∴(a－2b)(2a＋3b)＝(－1，－6)·(12，－5)＝－1×12＋(－6)×(－5)＝18.
|a＋2b|＝＝＝＝.
[点评]
1.向量的数量积是向量与向量之间的一种运算，但运算结果却是一个数量．
2．两个向量的夹角必须是起点相同时，所得几何图形的角，对于首尾相接时，应是几何图形内角的补角，如本例中与夹角是∠B的补角，而不是∠B，这点应特别注意，否则会出现错误．
3．平面向量的数量积的运算有两种形式，一是依据长度与夹角，二是利用坐标来计算，具体应用哪种形式由已知条件的特征来选择．
4．利用数量积求长度问题是数量积的重要应用，要掌握此类问题的处理方法：
(1)|a|2＝a2＝a·a；
(2)|a±b|2＝(a±b)2＝a2±2a·b＋b2；
(3)若a＝(x，y)，则|a|＝.
跟踪练习1：
已知向量a＝，b＝，且x∈.
(1)求a·b及|a＋b|；
(2)若f(x)＝a·b－|a＋b|，求f(x)的最大值和最小值．
[分析] 利用数量积的坐标运算及性质即可求解，在求|a＋b|时注意x的取值范围．
[解析] (1)a·b＝cosxcos－sinxsin＝cos2x，
|a＋b|＝＝＝2|cosx|，
∵x∈，∴cosx>0，
∴|a＋b|＝2cosx.
(2)f(x)＝cos2x－2cosx＝2cos2x－2cosx－1＝22－.
∵x∈，∴≤cosx≤1，
∴当cosx＝时，f(x)取得最小值－；
当cosx＝1时，f(x)取得最大值－1.
[点评] 与三角函数相结合考查向量的数量积的坐标运算及其应用是高考热点题型．解答此类问题，除了要熟练掌握向量数量积的坐标运算公式、向量模、夹角的坐标运算公式外，还应掌握三角恒等变换的相关知识.
2.命题方向：模与垂直问题
[例2] 已知|a|＝4，|b|＝8，a与b的夹角是120°.
(1)计算|a＋b|，|4a－2b|；
(2)当k为何值时，(a＋2b)⊥(ka－b)?
[分析] (1)利用公式|a|＝和|a＋b|＝求解；
(2)利用向量垂直的充要条件，通过坐标表示列方程求k.
[解析] 由已知，a·b＝4×8×＝－16.
(1)∵|a＋b|2＝a2＋2a·b＋b2＝16＋2×(－16)＋64＝48，
∴|a＋b|＝4.
∵|4a－2b|2＝16a2－16a·b＋4b2＝16×16－16×(－16)＋4×64＝3×162，
∴|4a－2b|＝16.
(2)若(a＋2b)⊥(ka－b)，则(a＋2b)·(ka－b)＝0，
∴ka2＋(2k－1)a·b－2b2＝0，
即16k－16(2k－1)－2×64＝0，∴k＝－7.
[点评] 1.当a与b是坐标形式给出时，若证明a⊥b，则只需证明a·b＝0⇔x1x2＋y1y2＝0.
2．当向量a，b是非坐标形式时，要把a，b用已知的不共线向量作为基底来表示且不共线的向量要知道其模与夹角，从而进行运算证明a·b＝0.
跟踪练习2
已知向量m＝(1,1)，向量n与向量m的夹角为，且m·n＝－1.
(1)求向量n；
(2)设向量a＝(1,0)，向量b＝，若n·a＝0，试求|n＋b|的取值范围．
[解析] (1)设n＝(x，y)，由已知得
，即
解得或∴n＝(－1,0)或(0，－1)．
(2)∵a＝(1,0)，n·a＝0，∴n＝(0，－1)，
n＋b＝＝，
故|n＋b|2＝cos2x＋cos2=＋
＝1＋＝1＋
＝1＋＝1＋＝1＋cos，
∴≤|n＋b|2≤，故≤|n＋b|≤.
3.命题方向：平面向量的夹角问题
[例3] 已知a，b都是非零向量，且|a|＝|b|＝|a－b|，求a与a＋b的夹角．
[分析] 由公式cos＝可知，求两个向量的夹角关键是求数量积及模的积．
本题中|a|＝|b|＝|a－b|的充分利用是求数量积的关键，考虑怎样对条件进行转化．
[解析] 方法一：由|a|＝|b|＝|a－b|得|a|2＝|b|2，|b|2＝a2－2a·b＋b2，所以a·b＝a2.
而|a＋b|2＝|a|2＋2a·b＋|b|2＝2|a|2＋2×|a|2＝3|a|2，所以|a＋b|＝|a|.
设a与a＋b的夹角为θ，则
cosθ＝＝＝，
由于0°≤θ≤180°，所以θ＝30°.
方法二：设a＝(x1，y1)，b＝(x2，y2)，由|a|＝|b|＝|a－b|得，|a|2＝|b|2，|a－b|2＝a2－2a·b＋b2，
所以x12＋y12＝x22＋y22＝x12＋y12＋x22＋y22－2x1x2－2y1y2，
即x1x2＋y1y2＝(x12＋y12)，
所以|a＋b|2＝(x1＋x2)2＋(y1＋y2)2＝x12＋y12＋x22＋y22＋2x1x2＋2y1y2＝3(x12＋y12)，
故|a＋b|＝.设a与a＋b的夹角为θ，
则cosθ＝＝＝，
由于0°≤θ≤180°，所以θ＝30°.
[点评]
1.求向量的夹角时要注意：(1)向量的数量积不满足结合律；(2)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说明两向量的夹角为直角，数量积小于0且两向量不能共线时两向量的夹角就是钝角．
2．当a，b是非坐标形式时，求a与b的夹角，需求得a·b及|a|，|b|或得出它们的关系．
3．若已知a与b的坐标，则可直接利用公式
cosθ＝来求夹角．
跟踪练习3：
(2009·全国卷Ⅰ)设非零向量a、b、c满足|a|＝|b|＝|c|，a＋b＝c，则〈a，b〉＝( )
A．150° B．120° C．60° D．30°
[答案] B
[解析] 本题主要考查向量运算的几何意义．
∵|a|＝|b|＝|c|≠0，且a＋b＝c
∴如图所示就是符合的向量，易知OACB是菱形，△OBC和△OAC都是等边三角形．∴〈a，b〉＝120°.
（五）思想方法点拨
1．两个向量的数量积
(1)数量积概念的理解
①两个向量的数量积是一个数量，它的值为两个向量的模与两向量夹角的余弦的乘积，结果可正、可负、可为零，其符号由夹角的余弦值确定．计算数量积的关键是正确确定两向量的夹角，条件是两向量的始点必须重合，否则要通过平移，使两向量符合以上条件．
②两向量a，b的数量积a·b与代数中a，b的乘积写法不同，不应该漏掉其中的“·”．
③b在a上的投影是一个数量，它可正，可负，也可以等于0.
(2)对数量积运算律的理解
①当a≠0时，由a·b＝0不一定推出b＝0，这是因为对任一个与a垂直的向量b，都有a·b＝0.
当a≠0时，a·b＝a·c也不一定推出b＝c，因为由a·b＝a·c，得a·(b－c)＝0，即a与(b－c)垂直．也就是向量的数量积运算不满足消去律．
②对于实数a，b，c，有(a·b)c＝a(b·c)，但对于向量来说，(a·b)·c与a·(b·c)不一定相等，这是因为(a·b)·c表示一个与c共线的向量，而a·(b·c)表示一个与a共线的向量，而a与c不一定共线，所以(a·b)·c与a·(b·c)不一定相等．
2．向量的应用
(1)向量在几何中的应用
①证明线段平行问题，包括相似问题，常用向量平行(共线)的充要条件．
a∥b⇔a＝λb⇔x1y2－x2y1＝0(b≠0)．
②证明垂直问题，常用向量垂直的充要条件：
a⊥b⇔a·b＝0⇔x1x2＋y1y2＝0.
③求夹角问题．
利用夹角公式：
cosθ＝＝.
④求线段的长度，可以用向量的线性运算，向量的模|a|＝＝
或|AB|＝||＝.
(2)向量在物理中的应用
①向量的加法与减法在力的分解与合成中的应用；
②向量在速度的分解与合成中的应用．
（六）课后强化作业
一、选择题
1．(2018·湖南理)在Rt△ABC中，∠C＝90°，AC＝4，则·等于( )
A．－16 B．－8 C．8 D．16
[答案] D
[解析] 因为∠C＝90°，所以·＝0，所以·＝(＋)·＝()2＋·＝16.
2．(2018·广东文)若向量a＝(1,1)，b＝(2,5)，c＝(3，x)，满足条件(8a－b)·c＝30，则x＝( )
A．6 B．5 C．4 D．3
[答案] C
[解析] 本题考查了向量的基本坐标运算及内积定义，把向量问题转化为坐标问题，(8a－b)·c＝18＋3x＝30.
x＝4.故选C.
3．(2009·重庆理)已知|a|＝1，|b|＝6，a·(b－a)＝2，则向量a与b的夹角是( )
A. B. C. D.
[答案] C
[解析] 考查向量的运算以及两个向量夹角的求法．
a(b－a)＝a·b－a2＝|a|·|b|cos〈a，b〉－|a|2＝6cos〈a，b〉－1＝2，∴cos〈a，b〉＝，
故a与b的夹角为.
4．(2009·辽宁理)平面向量a与b的夹角为60°，a＝(2,0)，|b|＝1，则|a＋2b|＝( )
A. B．2 C．4 D．12
[答案] B
[解析] 考查向量的数量积的定义及性质．
∵a＝(2,0)，∴|a|＝2，
|a＋2b|2＝|a|2＋4|b|2＋4a·b＝4＋4＋4×2×1×cos60°＝12，
∴|a＋2b|＝2，∴选B.
5．(2009·全国Ⅰ理)已知a、b、c是单位向量，且a·b＝0，则(a－c)·(b－c)的最小值为( )
A．－2 B.－2 C．－1 D．1－
[答案] D
[解析] 本题考查数量积的运算．
(a－c)·(b－c)＝a·b－a·c－c·b＋c2＝0－(a＋b)·c＋1＝1－(a＋b)·c
＝1－|a＋b|·|c|cos〈a＋b，c〉＝1－·1·cos〈a＋b，c〉
∴最小值为1－，即a＋b与c同向共线时取得最小值．
6．在△ABC中，·＝3，△ABC的面积S∈，则与夹角的取值范围是( )
A. B. C. D.
[答案] B
[解析] ∵sin〈，〉＝sin〈，〉，
∴S＝||·||sin〈，〉∈①
又·＝||||cos〈，〉＝3，
∴||||＝.②
∴将②代入①得tan〈，〉∈，
又两向量夹角的范围为[0，π]．
∴〈，〉∈，故选B.
7．(2018·北京理)a、b为非零向量，“a⊥b”是“函数f(x)＝(xa＋b)·(xb－a)为一次函数”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
[答案] B
[解析] f(x)＝(xa＋b)·(xb－a)＝(a·b)x2＋(|b|2－|a|2)x－a·b，若a⊥b，则有a·b＝0，如果同时有|b|＝|a|，则函数恒为0，不是一次函数，因此不充分，而如果f(x)为一次函数，则a·b＝0，因此可得a⊥b，故该条件必要．
8．已知向量a≠e，|e|＝1，对任意t∈R，恒有|a－te|≥|a－e|，则( )
A．a⊥e B．a⊥(a－e)
C．e⊥(a－e) D．(a＋e)⊥(a－e)
[答案] C
[解析] 由条件可知|a－te|2≥|a－e|2对t∈R恒成立，又∵|e|＝1，
∴t2－2a·e·t＋2a·e－1≥0对t∈R恒成立，
即Δ＝4(a·e)2－8a·e＋4≤0恒成立．
∴(a·e－1)2≤0恒成立，
而(a·e－1)2≥0，∴a·e－1＝0.
即a·e＝1＝e2，∴e·(a－e)＝0，
即e⊥(a－e)．
二、填空题
9．已知A(，0)，B(0,1)，坐标原点O在直线AB上的射影为点C，则·＝________.
[答案]
[解析] 由射影定理求出||＝，与成角60°，
∴·＝||·||·cos60°＝××＝.
10．(2018·江西理)已知向量a，b满足|a|＝1，|b|＝2，a与b的夹角为60°，则|a－b|＝________.
[答案]
[解析] |a－b|2＝|a|2－2a·b＋|b|2＝1－2×1×2×cos 60°＋4＝3，则|a－b|＝，
11．已知向量m＝(sinθ，2cosθ)，n＝，当θ∈[0，π]时，函数f(θ)＝m·n的值域为________．
[答案] [－1,2]
[解析] 由f(θ)＝m·n，得f(θ)＝sinθ－cosθ＝2sin，
∵θ∈[0，π]，∴θ－∈，
∴f(θ)的值域为[－1,2]．
三、解答题
12．(2009·江苏)设向量a＝(4cosα，sinα)，b＝(sinβ，4cosβ)，c＝(cosβ，－4sinβ)
(1)若a与b－2c垂直，求tan(α＋β)的值；
(2)求|b＋c|的最大值；
(3)若tanαtanβ＝16，求证：a∥b.
[解析] 本题主要考查了向量的平行、垂直和向量的模；考查了三角函数公式和学生的运算能力．
(1)∵a＝(4cosα，sinα)，b＝(sinβ，4cosβ)，
c＝(cosβ，－4sinβ)
由a与b－2c垂直，得a(b－2c)＝a·b－2a·c＝0
4sin(α＋β)－8cos(α＋β)＝0，tan(α＋β)＝2.
(2)由b＋c＝(sinβ＋cosβ，4cosβ－4sinβ)
|b＋c|2＝sin2β＋2sinβcosβ＋cos2β＋16cos2β－32cosβsinβ＋16sin2β＝17－30sinβcosβ＝17－15sin2β，
最大值为32，∴|b＋c|的最大值为4.
(3)由tanαtanβ＝16得sinαsinβ＝16cosαcosβ
即4cosα·4cosβ－sinαsinβ＝0，∴a∥b.
13．已知向量＝(cosx，sinx)，＝(－sinx，sinx)，定义函数f(x)＝·.
(1)求f(x)的最小正周期和最大值及相应的x值；
(2)当⊥时，求x的值．
[解析] (1)f(x)＝·＝－sinxcosx＋sin2x＝－sin2x＋(1－cos2x)
＝－＝－sin，∴周期T＝π.
由2x＋＝2kπ－得x＝kπ－(k∈Z)，
∴当x＝kπ－(k∈Z)时，f(x)取最大值＋.
(2)当⊥时，f(x)＝0，即－sin＝0.
解得x＝kπ或kπ＋，k∈Z.
[点评] 向量知识与三角、数列、不等式、解析几何、函数等的结合是高考命题的主要方向，向量平行或垂直的条件是结合的主要方面．
14．在平行四边形ABCD中，A(1,1)，＝(6,0)，点M是线段AB的中点，线段CM与BD交于点P.
(1)若＝(3,5)，求点C的坐标．
(2)当||＝||时，求点P的轨迹．
[解析] (1)设点C的坐标为(x0，y0)．
∵＝＋＝(3,5)＋(6,0)＝(9,5)，
即(x0－1，y0－1)＝(9,5)，∴x0＝10，y0＝6，即点C的坐标为(10,6)．
(2)设P(x，y)，则
＝－＝(x－1，y－1)－(6,0)＝(x－7，y－1)，
＝＋＝＋3＝＋3(－)
＝3－＝(3(x－1)，3(y－1))－(6,0)＝(3x－9,3y－3)．
∵||＝||，∴平行四边形ABCD为菱形，
∴⊥，∴(x－7)(3x－9)＋(y－1)(3y－3)＝0，
∴x2＋y2－10x－2y＋22＝0 (y≠1)．
故点P的轨迹是以(5,1)为圆心，2为半径的圆去掉与直线y＝1的两个交点．
15．已知向量a＝(x2，x＋1)，b＝(1－x，t)．若函数f(x)＝a·b在区间(－1,1)上是增函数，求t的取值范围．
[分析] 先求出f(x)的表达式，然后利用导数与函数单调性的关系及增函数的性质求解，注意x的取值范围．
[解析] 因为f(x)＝a·b＝x2(1－x)＋t(x＋1)＝－x3＋x2＋tx＋t，所以f′(x)＝－3x2＋2x＋t.
若f(x)在(－1,1)上是增函数，
则在(－1,1)上f′(x)≥0，
所以f′(x)≥0⇔⇔⇔t≥5.
而当t≥5时，f′(x)在(－1,1)上满足f′(x)>0，
即若f(x)在(－1,1)上是增函数，则t的取值范围为[5，＋∞)．
第四节 平面向量的应用举例
（一）高考目标
考纲解读
1．会用向量的方法解决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．
考向预测
1．以向量为载体考查平面几何、三角函数、解析几何等问题是高考考查的热点与重点．
2．题目多以解答题形式出现，此时注意两个问题，一个是数形结合思想、函数与方程思想的应用，另一个是实际问题，要考虑实际的背景及其意义．
（二）课前自主预习
知识梳理
1．用向量方法解决平面几何问题的“三步曲”
(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平行、垂直和距离、夹角等问题；
(3)把运算结果“翻译”成几何关系．
2．向量在三角中的应用
(1)以向量为载体研究三角函数中的最值、单调性、周期等三角函数性质问题．
(2)通过向量的线性运算及数量积、共线来解决三角形中形状的判断、边角的大小与关系．
3．向量与解析几何
直线与向量平行的条件：
(1)设直线l的倾斜角为α，斜率为k，若向量a＝(a1，a2)平行于l，则可得k＝tanα＝ .
(2)如果直线l的斜率k＝ ，则向量(a1，a2)一定与该直线
(3)设直线l的一般方程为Ax＋By＋C＝0，则向量(A，B)与直线l ，向量(－B，A)与l
4．向量在物理学中的应用
由于力、速度是向量，它们的分解与合成与向量的 相类似，可以用向量方法来解决，力做的功就是向量中的数量积的一种体现．
（三）基础自测
1．设向量a＝(1，－3)，b＝(－2,4)，若表示向量4a,3b－2a，c的有向线段首尾相接能构成三角形，则向量c的坐标为( )
A．(1，－1) B．(－1,1) C．(－4,6) D．(4，－6)
[答案] D
[解析] 设c＝(x，y)，∵表示向量4a,3b－2a，c的有向线段首尾相接能构成三角形，∴4a＋3b－2a＋c＝0，
即2(1，－3)＋3(－2,4)＋c＝0，
所以c＝(4，－6)．
2．已知△ABC中，＝a，＝b，且a·b<0，则△ABC的形状为( )
A．钝角三角形 B．直角三角形 C．锐角三角形 D．等边三角形
[答案] A
[解析] a·b＝||·||cos<，><0，
即cos<，><0，
所以角A为钝角．
3．若向量＝(2,2)，＝(－2,3)分别表示两个力F1与F2，则|F1＋F2|为( )
A．2.5 B．4 C．2 D．5
[答案] D
[解析] 因为F1＋F2＝＋＝(2,2)＋(－2,3)＝(0,5)，
所以|F1＋F2|＝5，故选D.
4．某人先位移向量a：“向东走3km”，接着再位移向量b：“向北走3km”，则a＋b表示( )
A．向东南走3km B．向东北走3km
C．向东南走3km D．向东北走3km
[答案] B
[解析] 要求a＋b，可利用向量和的三角形法则来求解．如图所示．作＝a＝“向东走3km”，＝b＝“向北走3km”，则＝＋＝a＋b，＝＋＝a＋b，
||＝＝3(km)，
又与的夹角为45°，所以a＋b表示向东北走3km.
5．过点A(－2,1)且与向量a＝(3,1)平行的直线方程为__________．
[答案] x－3y＋5＝0
[解析] 设P(x，y)是所求直线上任一点，
＝(x＋2，y－1)
∵∥a，∴(x＋2)×1－3(y－1)＝0，
∴所求直线方程为x－3y＋5＝0.
6．设i，j是平面直角坐标系内x轴，y轴正方向上的单位向量，且＝4i＋2j，＝3i＋4j，则三角形OAB的面积为________．
[答案] 5
[解析] ＝4i＋2j＝(4,2)，＝3i＋4j＝(3,4)，
∴△OAB的面积为S＝||||·sin∠AOB＝＝＝5.
7．已知直角梯形ABCD中，AB∥CD，∠CDA＝∠DAB＝90°，CD＝DA＝AB，求证：AC⊥BC.
[解析] 以A为原点，AB所在直线为x轴，AD所在直线为y轴，建立直角坐标系，如图所示．
设AD＝1，则A(0,0)，B(2,0)，C(1,1)，D(0,1)．
∴＝(－1,1)，＝(1,1)，
·＝1×(－1)＋1×1＝0.
∴⊥，即AC⊥BC.
（四）典型例题
1.命题方向：向量在平面几何中的应用
[例1] 如图，在五边形ABCDE中，点M、N、P、Q分别是AB、CD、BC、DE的中点，点K和L分别是MN和PQ的中点．求证：＝.
[分析] 本题涉及条件较多，故需确定多个封闭图形才能把已知与求证结合起来．
[解析] 由题意可得
＋＋＋＋＋＝0①
＋＋＋＋＝0②
＋＋＋＋＝0③
＋＋＋＋＝0④
①＋②＋③＋④，得4＝，
即＝.
[点评] 1.平面向量在平面几何中的应用，是以平面几何中的基本图形(三角形、平行四边形、菱形等)为背景，重点考查平面向量的几何运算(三角形法则、平行四边形法则)和几何图形的基本性质等．
2．利用|a|2＝a2这个运算性质，可将向量的模转化为向量的数量积．结合图形，找出未知向量与已知向量的相互关系，也是解题过程中的一个要点．同时，要有的放矢地转化已知条件，抓住已知与未知的结合点．
跟踪练习1
如图，在平行四边形ABCD中，已知AD＝1，AB＝2，对角线BD＝2，求对角线AC的长．
[解析] ∵＝－
∴||＝|－|，
∴||2＝|－|2，
即2＋2－2·＝2，
∴2·＝2＋2－2＝1＋4－4＝1.
又||2＝|＋|2＝2＋2＋2·＝4＋1＋1＝6，
∴||＝.
2.命题方向：向量解决三角函数问题
[例2] 已知a＝(2，cosx)，b＝，函数f(x)＝a·b(x∈R)．
(1)求函数f(x)的单调增区间；
(2)若f(x)＝，求cos的值．
[解析] (1)f(x)＝a·b＝2sin－2cosx
＝2sinxcos＋2cosxsin－2cosx＝sinx－cosx＝2sin
由2kπ－≤x－≤2kπ＋得
2kπ－≤x≤2kπ＋π(k∈Z)，
所以函数f(x)的单调增区间为，k∈Z.
(2)由题意得2sin＝，
所以sin＝，
故cos＝cos2＝1－2sin2＝1－2×2＝.
[点评] 1.平面向量与三角函数的整合，仍然是以三角函数为背景的一种向量描述．它需要根据向量的运算性质将向量问题转化为三角函数的相关知识来解答，三角函数是考查的主体．
2．以平面向量为载体考查三角函数问题是历年高考的重点题型多以解答题形式出现，属于中档题．
跟踪练习2
(2009·湖南)已知向量a＝(sinθ，cosθ－2sinθ)，b＝(1,2)．
(1)若a∥b，求tanθ的值；
(2)若|a|＝|b|,0<θ<π，求θ的值．
[解析] (1)因为a∥b，所以2sinθ＝cosθ－2sinθ，
于是4sinθ＝cosθ，故tanθ＝.
(2)由|a|＝|b|知，sin2θ＋(cosθ－2sinθ)2＝5，
所以1－2sin2θ＋4sin2θ＝5.
从而－2sin2θ＋2(1－cos2θ)＝4，
即sin2θ＋cos2θ＝－1，
于是sin＝－.
又由0<θ<π知，<2θ＋<，
所以2θ＋＝，或2θ＋＝.
因此θ＝，或θ＝.
3.命题方向：平面向量在解析几何中的应用
[例4] 在▱ABCD中，A(1,1)，＝(6,0)，点M是线段AB的中点，线段CM与BD交于点P.
(1)若＝(3,5)，求点C的坐标；
(2)当||＝||时，求点P的轨迹．
[解析] (1)设点C的坐标为(x0，y0)，
又＝＋＝(3,5)＋(6,0)＝(9,5)，
即(x0－1，y0－1)＝(9,5)，
∴x0＝10，y0＝6，即点C(10,6)．
(2)设P(x，y)，则＝－＝(x－1，y－1)－(6,0)＝(x－7，y－1)，
＝＋＝＋3＝＋3
＝3－＝(3(x－1)，3(y－1))－(6,0)＝(3x－9,3y－3)．
∵||＝||，
∴▱ABCD为菱形，∴对角线互相垂直，
∴(x－7，y－1)·(3x－9,3y－3)＝0，
即(x－7)(3x－9)＋(y－1)(3y－3)＝0，
∴x2＋y2－10x－2y＋22＝0(y≠1)．
故点P的轨迹是以(5,1)为圆心，2为半径的圆去掉与直线y＝1的两个交点．
（五）思想方法点拨
用向量法证明几何问题的基本思想是：将问题中有关的线段表示为向量，然后根据图形的性质和特点，应用向量的运算性质、法则，推出所要求证的结论．要注意挖掘题目中，特别是几何图形中的隐含条件．
(1)用向量法求角
设向量a与b的夹角为α，则cosα＝.
若a＝(x1，y1)、b＝(x2，y2)，则cosα＝；
(2)用向量法处理垂直
要证两线段AB⊥CD，只需证·＝0.
(3)用向量法处理平行
要证两线段AB∥CD，只需证存在实数λ≠0，使等式＝λ成立．
(4)用向量法处理距离
要证线段AB＝CD，可转化为证明2＝2或||＝||.
(5)用向量法处理物理问题，首先要把物理问题用向量模型加以表达，然后通过求解向量模型解释相关物理现象．
（六）课后强化作业
一、选择题
1．已知△ABC中，||＝||，则一定有( )
A.⊥ B.＝
C．(＋)⊥(－) D.＋＝－
[答案] C
[解析] ∵||＝||
∴(＋)(－)＝||2－||2＝0，
∴(＋)⊥(－)．
2．已知两个力F1，F2的夹角为90°，它们的合力大小为10N，合力与F1的夹角为60°，那么F1的大小为( )
A．5N B．5N C．10N D．5N
[答案] B
[解析] 如图所示，由向量加法的平行四边形法则知F合＝F1＋F2，
四边形OABC是矩形，∵∠AOB＝60°，
∴|F1|＝|F合|cos60°＝10×＝5(N)．
3．(08·山东)已知a、b、c为△ABC的三个内角A、B、C的对边，向量m＝(，－1)，n＝(cosA，sinA)．若m⊥n，且acosB＋bcosA＝csinC，则角A、B的大小分别为( )
A.， B.， C.， D.，
[答案] C
[解析] 解法1：∵m⊥n，∴cosA－sinA＝0，
∴cos＝0，
又∵0
∴sin(A＋B)＝sin2C，
又sin(A＋B)＝sinC≠0，∴sinC＝1，∴C＝，故B＝.
解法2：接解法1中，A＝，在△ABC中，由余弦定理得
a·＋b·＝csinC，
∴＝c＝csinC，∴sinC＝1，∴C＝，故B＝.
4．已知点B(，0)，点O为坐标原点且点A在圆(x－)2＋(y－)2＝1上，则与夹角θ的最大值与最小值分别是( )
A.，0 B.， C.， D.，
[答案] C
[解析] 如图，
当直线OA与圆C相切时，与夹角最小或最大；由于C(，)
∴∠BOC＝又由于|OC|＝2，r＝1.
∴∠AOC＝；因此与夹角的最大、小值分别为，，故选C.
5．(2010·辽宁理)平面上O、A、B三点不共线，设＝a，＝b，则△OAB的面积等于( )
A. B.
C. D.
[答案] C
[解析] 如图，由三角形面积公式知S＝|a||b|sin∠AOB，
而cos∠AOB＝
∴S＝|a||b|＝，故选C.
6．一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( )
A．6 B．2 C．2 D．2
[答案] D
[解析] 考查平面向量的运算法则、概念．
由条件知，F1＋F2＋F3＝0，∴F3＝－(F1＋F2)，
∵F1·F2＝|F1|·|F2|·cos〈F1，F2〉＝2×4×cos60°＝4，
∴|F3|2＝|F1|2＋|F2|2＋2F1·F2＝22＋42＋2×4＝28，
∴|F3|＝2.
7．已知直线l：mx＋2y＋6＝0，向量(1－m,1)与l平行，则实数m的值为( )
A．－1 B．1 C．2 D．－1或2
[答案] D
[解析] k1＝－，向量(1－m,1)所在直线的斜率k＝，由题意得－＝.
解得m＝2或－1.
8．(2010·全国卷Ⅰ)已知圆O的半径为1，PA、PB为该圆的两条切线，A、B为两切点，那么·的最小值为( )
A．－4＋ B．－3＋ C．－4＋2 D．－3＋2
[答案] D
[解析] 如图所示：设PA＝PB＝x(x>0)，∠APO＝α，则∠APB＝2α，PO＝，sinα＝，
·＝||·||cos2α＝x2(1－2sin2α)＝＝，
令·＝y，则y＝，即x4－(1＋y)x2－y＝0，
由x2是实数，所以
Δ＝[－(1＋y)]2－4×1×(－y)≥0，y2＋6y＋1≥0，
解得y≤－3－2或y≥－3＋2.
故(·)min＝－3＋2，此时x＝.
二、填空题
9．设F1，F2为双曲线－y2＝1的两个焦点，点P在双曲线上，且·＝0，则||·||的值等于________．
[答案] 2
[解析] ||·||＝[||2＋||2－(|PF1|－|PF2|)2]
＝[|F1F2|2－(|PF1|－|PF2|)2]＝[(2c)2－(2a)2]＝2b2＝2.
10．(2009·天津理)在四边形ABCD中，＝＝(1,1)，B＋B＝B，则四边形ABCD的面积为________．
[答案]
[解析] 本小题考查向量加法的几何意义，数量积的应用．
由A＝D＝(1,1)知四边形ABCD为平行四边形，|AB＝|DC＝，
又B＋B＝·B.
∴∠ABD＝∠CBD，即四边形ABCD为菱形，
设∠ABD＝∠CBD＝α，
∵·B2＋·B·B＝·B·B，
∴cos2α＋1＝cosα.∴cosα＝，∴α＝30°.
∴S▱ABCD＝|A|·|B|sin60°＝2sin60°＝.
11．设两个向量a＝(λ＋2，λ2－cos2α)和b＝m，＋sinα，其中λ、m、α为实数．若a＝2b，
则的取值范围是__________．
[答案] [－6,1]
[解析] ∵2b＝(2m，m＋2sinα)，
∴λ＋2＝2m，λ2－cos2α＝m＋2sinα，
∴(2m－2)2－m＝cos2α＋2sinα，
即4m2－9m＋4＝1－sin2α＋2sinα，
又∵－2≤1－sin2α＋2sinα≤2，
∴－2≤4m2－9m＋4≤2，
解得≤m≤2，∴≤≤4，
又∵λ＝2m－2，∴＝2－，
∵－6≤2－≤1，∴－6≤≤1.
三、解答题
12．已知a，b是非零向量，若a＋3b与7a－5b垂直，a－4b与7a－2b垂直．试求a与b的夹角．
[分析] 要求a，b的夹角θ，就需要利用公式a·b＝|a||b|cosθ，因此我们利用题设中的垂直条件，用|a|，|b|等来表示a·b，这样就可以将它代入公式，即可求出θ的值．
[解析] 解法一：由条件知
所以
由①－②得46a·b－23b2＝0，所以b2＝2a·b.
将它代入②得a2＝2a·b.
所以由b2＝2a·b可知|b|2＝2|a||b|cosθ，
所以cosθ＝，所以θ＝60°.
即所求的向量a与b的夹角为60°.
解法二：由条件知：
∴
①×15＋②×8得|a|＝|b|，
由①得7|a|2＋16|a||b|cosθ－15|b|2＝0，
∴7＋16cosθ－15＝0，∴cosθ＝.
∵0°≤θ≤180°，∴θ＝60°.
即向量a与b的夹角为60°.
[点评] 向量的数量积满足交换律a·b＝b·a，但不满足a·b＝|a||b|，这与平时的数量乘积运算不同，同时要注意如果a·b＝b·c，但不能得出a＝c.
13．已知向量＝(3,4)，＝(6，－3)，＝(5－m，－(3＋m))．
(1)若点A，B，C能构成三角形，求实数m应满足的条件；
(2)若△ABC为直角三角形，且∠A为直角，求实数m的值．
[解析] (1)＝(3，－4)，＝(6，－3)，＝(5－m，－(3＋m))．
若点A，B，C能构成三角形，则这三点不共线，
∵＝(3,1)，＝(2－m,1－m)，
故知3(1－m)≠2－m.
∴实数m≠时，满足条件．
(2)若△ABC为直角三角形，且∠A为直角，则⊥，
∴3(2－m)＋(1－m)＝0，解得m＝.
14．求证：若平面四边形两组对边的平方和相等，则它的两条对角线互相垂直．
[解析] 如图，四边形ABCD中，已知AB2＋CD2＝AD2＋CB2，求证：AC⊥BD.
证明：∵AB2＋CD2＝AD2＋CB2，
∴2＋2＝2＋2.
∴2－2＝2－2.
∴(＋)(－)＝(＋)(－)．
∴(＋)·＝(＋)·.
∴(＋－－)·＝0.
∴(＋＋＋)·＝0.
∴2·＝0.∴⊥.∴AC⊥DB.
15．△ABC是等腰直角三角形，∠B＝90°，D是BC边的中点，BE⊥AD，垂足为E，延长BE交AC于F，连接DF，求证：∠ADB＝∠FDC.
[证明] 如图，以B为原点，BC所在直线为x轴建立直角坐标系，设A(0,2)，C(2,0)，则D(1,0)，＝(2，－2)
设＝λ，
则＝＋＝(0,2)＋(2λ，－2λ)＝(2λ，2－2λ)，
又＝(－1,2)
由题设⊥，∴·＝0，
∴－2λ＋2(2－2λ)＝0，∴λ＝.
∴＝，∴＝－＝，
又＝(1,0)，
∴cos∠ADB＝＝， cos∠FDC＝＝，
又∠ADB、∠FDC∈(0，π)，∴∠ADB＝∠FDC.
年 级： 辅导科目：数学 课时数：
课 题
平面向量（二）
教学目的
教学内容
第三节 平面向量的数量积
（一）高考目标
考纲解读
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．
考向预测
1．平面向量数量积的运算、模与夹角、平行与垂直问题是高考命题的热点，多以选择题、填空题的形式出现，属中低档题．
2．数量积的几何运算与数量积的坐标运算及其几何意义，及数量积的变形应用均为常规应用，也是考查重点．关注数形结合思想的应用．
（二）课前自主预习
知识梳理
1．两个向量的夹角
(1)定义
已知两个 向量a和b，作 ＝a， ＝b，则∠AOB＝θ叫做向量a与b的夹角．
(2)范围
向量夹角θ的范围是 ，a与b同向时，夹角θ＝ ；a与b反向时，夹角θ＝ .
(3)向量垂直
如果向量a与b的夹角是 ，则a与b垂直，记作a⊥b.
2．平面向量的数量积
(1)已知两个非零向量a和b，它们的夹角为θ，则数量 叫做a与b的数量积(或内积)，记作 .
规定：零向量与任一向量的数量积为 .
两个非零向量a与b垂直的充要条件是 ，两个非零向量a与b平行的充要条件是 .
(2)向量的投影
定义：设θ为a与b的夹角，则 (|b|cosθ)叫做向量a在b方向上(b在a方向上)的投影．
(3)平面向量数量积的几何意义
数量积a·b等于a的长度|a|与b在a方向上的射影 的乘积．
3．平面向量数量积的重要性质
(1)e·a＝a·e＝ ；
(2)非零向量a，b，a⊥b⇔ ；
(3)当a与b同向时，a·b＝ ，当a与b反向时，a·b＝ ,a·a＝ ，|a|＝
(4)cosθ＝
(5)|a·b| |a||b|.
4．平面向量数量积满足的运算律
(1)a·b＝ (交换律)；
(2)(λa)·b = ＝ (λ为实数)；
(3)(a＋b)·c＝ .
5.平面向量数量积有关性质的坐标表示
设向量， ，则=
（1）若=,则= 或=
（2）设，，则A、B两点间的距离==
（3）设， ，则
（4）向量与的夹角为，则cos=
（三）基础自测
1．(2018·安徽)设向量a＝(1,0)，b＝(，)，则下列结论中正确的是( )
A．|a|＝|b| B．a·b＝ C．a－b与b垂直 D．a∥b
[答案] C
[解析] a－b＝(，－)
∴(a－b)·b＝(，－)·(，)＝0.
即a－b与b垂直，故选C.
2．(2018·新课标)a，b为平面向量，已知a＝(4,3)，2a＋b＝(3,18)，则a，b夹角的余弦值等于( )
A. B．－ C. D．－
[答案] C
[解析] 本题考查了平面向量的坐标运算和数量积的坐标运算，在解决问题时需要先设出向量坐标，然后求得参数，该题较为简单．
由题可知，设b＝(x，y)，则2a＋b＝(8＋x,6＋y)＝(3,18)，所以可以解得x＝－5，y＝12，故b＝(－5,12)，
所以cos〈a，b〉＝＝，故选C.
3．已知下列各式：
①a2＝|a|2 ②＝ ③(a·b)2＝a2·b2 ④(a－b)2＝a2－2a·b＋b2
其中正确的有________个．( )
A．1 B．2 C．3 D．4
[答案] B
[解析] ①正确．②错，∵＝＝，∴②错．③错．④正确，∴选B.
4．已知两单位向量a，b的夹角为60°，则两向量p＝2a＋b与q＝－3a＋2b的夹角为( )
A．60° B．120° C．30° D．150°
[答案] B
[分析] 本题求解中，要注意充分利用两向量的数量积及求向量模的运算公式及方法．
[解析] p·q＝(2a＋b)·(－3a＋2b)＝－6a2＋ab＋2b2
＝－6a2＋|a|·|b|·cos60°＋2b2＝－，
|p|＝|2a＋b|＝＝
＝＝，
|q|＝|－3a＋2b|＝＝
＝＝，
而cos〈p，q〉＝＝－.即p与q的夹角为120°.
5．(2018·江西文)已知向量a，b满足|b|＝2，a与b的夹角为60°，则b在a上的投影是____________．
[答案] 1
[解析] 本题考查了向量的投影问题，l＝＝|b|·cos60°＝1，属概念性考查．
6．(08·天津)如图，在平行四边形ABCD中，＝(1,2)，＝(－3,2)，则·＝________.
[答案] 3
[解析] ＝(＋)＝(－1,2)，
∴·＝－1＋4＝3.
7．已知i，j为互相垂直的单位向量，a＝i－2j，b＝i＋λj，且a与b的夹角为锐角，求实数λ的取值范围．
[解析] ∵设a与b的夹角为θ，则θ∈，
∴a·b>0且a，b不同向．
由a·b>0，得|i|2－2λ|j|2>0得λ<.
当a，b同向时，
由a＝kb(k>0)，得λ＝－2.
∴λ的取值范围为λ<且λ≠－2.
（四）典型例题
1.命题方向：数量积的运算
[例1] (1)已知等边三角形ABC的边长为1，求：①·＋·＋·；②|－2|；
③(2－)·(3＋2)．
(2)若a＝(3，－4)，b＝(2,1)，求(a－2b)·(2a＋3b)和|a＋2b|.
[分析] 利用向量数量积的定义、运算律及模的求法求解，注意两向量夹角的定义．
[解析] (1)①·＋·＋·
＝||||·cosA＋||||·cos(180°－B)＋||||·cosC
＝cos60°＋cos120°＋cos60°＝－＋＝.
②|－2|＝
＝＝＝＝.
③(2－)·(3＋2)＝62＋4·－3·－2·
＝6＋4×cos120°－3×cos60°－2×cos60°＝6－2－－1＝.
(2)∵a－2b＝(3，－4)－2(2,1)＝(－1，－6)
2a＋3b＝2(3，－4)＋3(2,1)＝(12，－5)
∴(a－2b)(2a＋3b)＝(－1，－6)·(12，－5)＝－1×12＋(－6)×(－5)＝18.
|a＋2b|＝＝＝＝.
[点评]
1.向量的数量积是向量与向量之间的一种运算，但运算结果却是一个数量．
2．两个向量的夹角必须是起点相同时，所得几何图形的角，对于首尾相接时，应是几何图形内角的补角，如本例中与夹角是∠B的补角，而不是∠B，这点应特别注意，否则会出现错误．
3．平面向量的数量积的运算有两种形式，一是依据长度与夹角，二是利用坐标来计算，具体应用哪种形式由已知条件的特征来选择．
4．利用数量积求长度问题是数量积的重要应用，要掌握此类问题的处理方法：
(1)|a|2＝a2＝a·a；
(2)|a±b|2＝(a±b)2＝a2±2a·b＋b2；
(3)若a＝(x，y)，则|a|＝.
跟踪练习1：
已知向量a＝，b＝，且x∈.
(1)求a·b及|a＋b|；
(2)若f(x)＝a·b－|a＋b|，求f(x)的最大值和最小值．
[分析] 利用数量积的坐标运算及性质即可求解，在求|a＋b|时注意x的取值范围．
[解析] (1)a·b＝cosxcos－sinxsin＝cos2x，
|a＋b|＝＝＝2|cosx|，
∵x∈，∴cosx>0，
∴|a＋b|＝2cosx.
(2)f(x)＝cos2x－2cosx＝2cos2x－2cosx－1＝22－.
∵x∈，∴≤cosx≤1，
∴当cosx＝时，f(x)取得最小值－；
当cosx＝1时，f(x)取得最大值－1.
[点评] 与三角函数相结合考查向量的数量积的坐标运算及其应用是高考热点题型．解答此类问题，除了要熟练掌握向量数量积的坐标运算公式、向量模、夹角的坐标运算公式外，还应掌握三角恒等变换的相关知识.
2.命题方向：模与垂直问题
[例2] 已知|a|＝4，|b|＝8，a与b的夹角是120°.
(1)计算|a＋b|，|4a－2b|；
(2)当k为何值时，(a＋2b)⊥(ka－b)?
[分析] (1)利用公式|a|＝和|a＋b|＝求解；
(2)利用向量垂直的充要条件，通过坐标表示列方程求k.
[解析] 由已知，a·b＝4×8×＝－16.
(1)∵|a＋b|2＝a2＋2a·b＋b2＝16＋2×(－16)＋64＝48，
∴|a＋b|＝4.
∵|4a－2b|2＝16a2－16a·b＋4b2＝16×16－16×(－16)＋4×64＝3×162，
∴|4a－2b|＝16.
(2)若(a＋2b)⊥(ka－b)，则(a＋2b)·(ka－b)＝0，
∴ka2＋(2k－1)a·b－2b2＝0，
即16k－16(2k－1)－2×64＝0，∴k＝－7.
[点评] 1.当a与b是坐标形式给出时，若证明a⊥b，则只需证明a·b＝0⇔x1x2＋y1y2＝0.
2．当向量a，b是非坐标形式时，要把a，b用已知的不共线向量作为基底来表示且不共线的向量要知道其模与夹角，从而进行运算证明a·b＝0.
跟踪练习2
已知向量m＝(1,1)，向量n与向量m的夹角为，且m·n＝－1.
(1)求向量n；
(2)设向量a＝(1,0)，向量b＝，若n·a＝0，试求|n＋b|的取值范围．
[解析] (1)设n＝(x，y)，由已知得
，即
解得或∴n＝(－1,0)或(0，－1)．
(2)∵a＝(1,0)，n·a＝0，∴n＝(0，－1)，
n＋b＝＝，
故|n＋b|2＝cos2x＋cos2=＋
＝1＋＝1＋
＝1＋＝1＋＝1＋cos，
∴≤|n＋b|2≤，故≤|n＋b|≤.
3.命题方向：平面向量的夹角问题
[例3] 已知a，b都是非零向量，且|a|＝|b|＝|a－b|，求a与a＋b的夹角．
[分析] 由公式cos
本题中|a|＝|b|＝|a－b|的充分利用是求数量积的关键，考虑怎样对条件进行转化．
[解析] 方法一：由|a|＝|b|＝|a－b|得|a|2＝|b|2，|b|2＝a2－2a·b＋b2，所以a·b＝a2.
而|a＋b|2＝|a|2＋2a·b＋|b|2＝2|a|2＋2×|a|2＝3|a|2，所以|a＋b|＝|a|.
设a与a＋b的夹角为θ，则
cosθ＝＝＝，
由于0°≤θ≤180°，所以θ＝30°.
方法二：设a＝(x1，y1)，b＝(x2，y2)，由|a|＝|b|＝|a－b|得，|a|2＝|b|2，|a－b|2＝a2－2a·b＋b2，
所以x12＋y12＝x22＋y22＝x12＋y12＋x22＋y22－2x1x2－2y1y2，
即x1x2＋y1y2＝(x12＋y12)，
所以|a＋b|2＝(x1＋x2)2＋(y1＋y2)2＝x12＋y12＋x22＋y22＋2x1x2＋2y1y2＝3(x12＋y12)，
故|a＋b|＝.设a与a＋b的夹角为θ，
则cosθ＝＝＝，
由于0°≤θ≤180°，所以θ＝30°.
[点评]
1.求向量的夹角时要注意：(1)向量的数量积不满足结合律；(2)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说明两向量的夹角为直角，数量积小于0且两向量不能共线时两向量的夹角就是钝角．
2．当a，b是非坐标形式时，求a与b的夹角，需求得a·b及|a|，|b|或得出它们的关系．
3．若已知a与b的坐标，则可直接利用公式
cosθ＝来求夹角．
跟踪练习3：
(2009·全国卷Ⅰ)设非零向量a、b、c满足|a|＝|b|＝|c|，a＋b＝c，则〈a，b〉＝( )
A．150° B．120° C．60° D．30°
[答案] B
[解析] 本题主要考查向量运算的几何意义．
∵|a|＝|b|＝|c|≠0，且a＋b＝c
∴如图所示就是符合的向量，易知OACB是菱形，△OBC和△OAC都是等边三角形．∴〈a，b〉＝120°.
（五）思想方法点拨
1．两个向量的数量积
(1)数量积概念的理解
①两个向量的数量积是一个数量，它的值为两个向量的模与两向量夹角的余弦的乘积，结果可正、可负、可为零，其符号由夹角的余弦值确定．计算数量积的关键是正确确定两向量的夹角，条件是两向量的始点必须重合，否则要通过平移，使两向量符合以上条件．
②两向量a，b的数量积a·b与代数中a，b的乘积写法不同，不应该漏掉其中的“·”．
③b在a上的投影是一个数量，它可正，可负，也可以等于0.
(2)对数量积运算律的理解
①当a≠0时，由a·b＝0不一定推出b＝0，这是因为对任一个与a垂直的向量b，都有a·b＝0.
当a≠0时，a·b＝a·c也不一定推出b＝c，因为由a·b＝a·c，得a·(b－c)＝0，即a与(b－c)垂直．也就是向量的数量积运算不满足消去律．
②对于实数a，b，c，有(a·b)c＝a(b·c)，但对于向量来说，(a·b)·c与a·(b·c)不一定相等，这是因为(a·b)·c表示一个与c共线的向量，而a·(b·c)表示一个与a共线的向量，而a与c不一定共线，所以(a·b)·c与a·(b·c)不一定相等．
2．向量的应用
(1)向量在几何中的应用
①证明线段平行问题，包括相似问题，常用向量平行(共线)的充要条件．
a∥b⇔a＝λb⇔x1y2－x2y1＝0(b≠0)．
②证明垂直问题，常用向量垂直的充要条件：
a⊥b⇔a·b＝0⇔x1x2＋y1y2＝0.
③求夹角问题．
利用夹角公式：
cosθ＝＝.
④求线段的长度，可以用向量的线性运算，向量的模|a|＝＝
或|AB|＝||＝.
(2)向量在物理中的应用
①向量的加法与减法在力的分解与合成中的应用；
②向量在速度的分解与合成中的应用．
（六）课后强化作业
一、选择题
1．(2018·湖南理)在Rt△ABC中，∠C＝90°，AC＝4，则·等于( )
A．－16 B．－8 C．8 D．16
[答案] D
[解析] 因为∠C＝90°，所以·＝0，所以·＝(＋)·＝()2＋·＝16.
2．(2018·广东文)若向量a＝(1,1)，b＝(2,5)，c＝(3，x)，满足条件(8a－b)·c＝30，则x＝( )
A．6 B．5 C．4 D．3
[答案] C
[解析] 本题考查了向量的基本坐标运算及内积定义，把向量问题转化为坐标问题，(8a－b)·c＝18＋3x＝30.
x＝4.故选C.
3．(2009·重庆理)已知|a|＝1，|b|＝6，a·(b－a)＝2，则向量a与b的夹角是( )
A. B. C. D.
[答案] C
[解析] 考查向量的运算以及两个向量夹角的求法．
a(b－a)＝a·b－a2＝|a|·|b|cos〈a，b〉－|a|2＝6cos〈a，b〉－1＝2，∴cos〈a，b〉＝，
故a与b的夹角为.
4．(2009·辽宁理)平面向量a与b的夹角为60°，a＝(2,0)，|b|＝1，则|a＋2b|＝( )
A. B．2 C．4 D．12
[答案] B
[解析] 考查向量的数量积的定义及性质．
∵a＝(2,0)，∴|a|＝2，
|a＋2b|2＝|a|2＋4|b|2＋4a·b＝4＋4＋4×2×1×cos60°＝12，
∴|a＋2b|＝2，∴选B.
5．(2009·全国Ⅰ理)已知a、b、c是单位向量，且a·b＝0，则(a－c)·(b－c)的最小值为( )
A．－2 B.－2 C．－1 D．1－
[答案] D
[解析] 本题考查数量积的运算．
(a－c)·(b－c)＝a·b－a·c－c·b＋c2＝0－(a＋b)·c＋1＝1－(a＋b)·c
＝1－|a＋b|·|c|cos〈a＋b，c〉＝1－·1·cos〈a＋b，c〉
∴最小值为1－，即a＋b与c同向共线时取得最小值．
6．在△ABC中，·＝3，△ABC的面积S∈，则与夹角的取值范围是( )
A. B. C. D.
[答案] B
[解析] ∵sin〈，〉＝sin〈，〉，
∴S＝||·||sin〈，〉∈①
又·＝||||cos〈，〉＝3，
∴||||＝.②
∴将②代入①得tan〈，〉∈，
又两向量夹角的范围为[0，π]．
∴〈，〉∈，故选B.
7．(2018·北京理)a、b为非零向量，“a⊥b”是“函数f(x)＝(xa＋b)·(xb－a)为一次函数”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
[答案] B
[解析] f(x)＝(xa＋b)·(xb－a)＝(a·b)x2＋(|b|2－|a|2)x－a·b，若a⊥b，则有a·b＝0，如果同时有|b|＝|a|，则函数恒为0，不是一次函数，因此不充分，而如果f(x)为一次函数，则a·b＝0，因此可得a⊥b，故该条件必要．
8．已知向量a≠e，|e|＝1，对任意t∈R，恒有|a－te|≥|a－e|，则( )
A．a⊥e B．a⊥(a－e)
C．e⊥(a－e) D．(a＋e)⊥(a－e)
[答案] C
[解析] 由条件可知|a－te|2≥|a－e|2对t∈R恒成立，又∵|e|＝1，
∴t2－2a·e·t＋2a·e－1≥0对t∈R恒成立，
即Δ＝4(a·e)2－8a·e＋4≤0恒成立．
∴(a·e－1)2≤0恒成立，
而(a·e－1)2≥0，∴a·e－1＝0.
即a·e＝1＝e2，∴e·(a－e)＝0，
即e⊥(a－e)．
二、填空题
9．已知A(，0)，B(0,1)，坐标原点O在直线AB上的射影为点C，则·＝________.
[答案]
[解析] 由射影定理求出||＝，与成角60°，
∴·＝||·||·cos60°＝××＝.
10．(2018·江西理)已知向量a，b满足|a|＝1，|b|＝2，a与b的夹角为60°，则|a－b|＝________.
[答案]
[解析] |a－b|2＝|a|2－2a·b＋|b|2＝1－2×1×2×cos 60°＋4＝3，则|a－b|＝，
11．已知向量m＝(sinθ，2cosθ)，n＝，当θ∈[0，π]时，函数f(θ)＝m·n的值域为________．
[答案] [－1,2]
[解析] 由f(θ)＝m·n，得f(θ)＝sinθ－cosθ＝2sin，
∵θ∈[0，π]，∴θ－∈，
∴f(θ)的值域为[－1,2]．
三、解答题
12．(2009·江苏)设向量a＝(4cosα，sinα)，b＝(sinβ，4cosβ)，c＝(cosβ，－4sinβ)
(1)若a与b－2c垂直，求tan(α＋β)的值；
(2)求|b＋c|的最大值；
(3)若tanαtanβ＝16，求证：a∥b.
[解析] 本题主要考查了向量的平行、垂直和向量的模；考查了三角函数公式和学生的运算能力．
(1)∵a＝(4cosα，sinα)，b＝(sinβ，4cosβ)，
c＝(cosβ，－4sinβ)
由a与b－2c垂直，得a(b－2c)＝a·b－2a·c＝0
4sin(α＋β)－8cos(α＋β)＝0，tan(α＋β)＝2.
(2)由b＋c＝(sinβ＋cosβ，4cosβ－4sinβ)
|b＋c|2＝sin2β＋2sinβcosβ＋cos2β＋16cos2β－32cosβsinβ＋16sin2β＝17－30sinβcosβ＝17－15sin2β，
最大值为32，∴|b＋c|的最大值为4.
(3)由tanαtanβ＝16得sinαsinβ＝16cosαcosβ
即4cosα·4cosβ－sinαsinβ＝0，∴a∥b.
13．已知向量＝(cosx，sinx)，＝(－sinx，sinx)，定义函数f(x)＝·.
(1)求f(x)的最小正周期和最大值及相应的x值；
(2)当⊥时，求x的值．
[解析] (1)f(x)＝·＝－sinxcosx＋sin2x＝－sin2x＋(1－cos2x)
＝－＝－sin，∴周期T＝π.
由2x＋＝2kπ－得x＝kπ－(k∈Z)，
∴当x＝kπ－(k∈Z)时，f(x)取最大值＋.
(2)当⊥时，f(x)＝0，即－sin＝0.
解得x＝kπ或kπ＋，k∈Z.
[点评] 向量知识与三角、数列、不等式、解析几何、函数等的结合是高考命题的主要方向，向量平行或垂直的条件是结合的主要方面．
14．在平行四边形ABCD中，A(1,1)，＝(6,0)，点M是线段AB的中点，线段CM与BD交于点P.
(1)若＝(3,5)，求点C的坐标．
(2)当||＝||时，求点P的轨迹．
[解析] (1)设点C的坐标为(x0，y0)．
∵＝＋＝(3,5)＋(6,0)＝(9,5)，
即(x0－1，y0－1)＝(9,5)，∴x0＝10，y0＝6，即点C的坐标为(10,6)．
(2)设P(x，y)，则
＝－＝(x－1，y－1)－(6,0)＝(x－7，y－1)，
＝＋＝＋3＝＋3(－)
＝3－＝(3(x－1)，3(y－1))－(6,0)＝(3x－9,3y－3)．
∵||＝||，∴平行四边形ABCD为菱形，
∴⊥，∴(x－7)(3x－9)＋(y－1)(3y－3)＝0，
∴x2＋y2－10x－2y＋22＝0 (y≠1)．
故点P的轨迹是以(5,1)为圆心，2为半径的圆去掉与直线y＝1的两个交点．
15．已知向量a＝(x2，x＋1)，b＝(1－x，t)．若函数f(x)＝a·b在区间(－1,1)上是增函数，求t的取值范围．
[分析] 先求出f(x)的表达式，然后利用导数与函数单调性的关系及增函数的性质求解，注意x的取值范围．
[解析] 因为f(x)＝a·b＝x2(1－x)＋t(x＋1)＝－x3＋x2＋tx＋t，所以f′(x)＝－3x2＋2x＋t.
若f(x)在(－1,1)上是增函数，
则在(－1,1)上f′(x)≥0，
所以f′(x)≥0⇔⇔⇔t≥5.
而当t≥5时，f′(x)在(－1,1)上满足f′(x)>0，
即若f(x)在(－1,1)上是增函数，则t的取值范围为[5，＋∞)．
第四节 平面向量的应用举例
（一）高考目标
考纲解读
1．会用向量的方法解决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．
考向预测
1．以向量为载体考查平面几何、三角函数、解析几何等问题是高考考查的热点与重点．
2．题目多以解答题形式出现，此时注意两个问题，一个是数形结合思想、函数与方程思想的应用，另一个是实际问题，要考虑实际的背景及其意义．
（二）课前自主预习
知识梳理
1．用向量方法解决平面几何问题的“三步曲”
(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平行、垂直和距离、夹角等问题；
(3)把运算结果“翻译”成几何关系．
2．向量在三角中的应用
(1)以向量为载体研究三角函数中的最值、单调性、周期等三角函数性质问题．
(2)通过向量的线性运算及数量积、共线来解决三角形中形状的判断、边角的大小与关系．
3．向量与解析几何
直线与向量平行的条件：
(1)设直线l的倾斜角为α，斜率为k，若向量a＝(a1，a2)平行于l，则可得k＝tanα＝ .
(2)如果直线l的斜率k＝ ，则向量(a1，a2)一定与该直线
(3)设直线l的一般方程为Ax＋By＋C＝0，则向量(A，B)与直线l ，向量(－B，A)与l
4．向量在物理学中的应用
由于力、速度是向量，它们的分解与合成与向量的 相类似，可以用向量方法来解决，力做的功就是向量中的数量积的一种体现．
（三）基础自测
1．设向量a＝(1，－3)，b＝(－2,4)，若表示向量4a,3b－2a，c的有向线段首尾相接能构成三角形，则向量c的坐标为( )
A．(1，－1) B．(－1,1) C．(－4,6) D．(4，－6)
[答案] D
[解析] 设c＝(x，y)，∵表示向量4a,3b－2a，c的有向线段首尾相接能构成三角形，∴4a＋3b－2a＋c＝0，
即2(1，－3)＋3(－2,4)＋c＝0，
所以c＝(4，－6)．
2．已知△ABC中，＝a，＝b，且a·b<0，则△ABC的形状为( )
A．钝角三角形 B．直角三角形 C．锐角三角形 D．等边三角形
[答案] A
[解析] a·b＝||·||cos<，><0，
即cos<，><0，
所以角A为钝角．
3．若向量＝(2,2)，＝(－2,3)分别表示两个力F1与F2，则|F1＋F2|为( )
A．2.5 B．4 C．2 D．5
[答案] D
[解析] 因为F1＋F2＝＋＝(2,2)＋(－2,3)＝(0,5)，
所以|F1＋F2|＝5，故选D.
4．某人先位移向量a：“向东走3km”，接着再位移向量b：“向北走3km”，则a＋b表示( )
A．向东南走3km B．向东北走3km
C．向东南走3km D．向东北走3km
[答案] B
[解析] 要求a＋b，可利用向量和的三角形法则来求解．如图所示．作＝a＝“向东走3km”，＝b＝“向北走3km”，则＝＋＝a＋b，＝＋＝a＋b，
||＝＝3(km)，
又与的夹角为45°，所以a＋b表示向东北走3km.
5．过点A(－2,1)且与向量a＝(3,1)平行的直线方程为__________．
[答案] x－3y＋5＝0
[解析] 设P(x，y)是所求直线上任一点，
＝(x＋2，y－1)
∵∥a，∴(x＋2)×1－3(y－1)＝0，
∴所求直线方程为x－3y＋5＝0.
6．设i，j是平面直角坐标系内x轴，y轴正方向上的单位向量，且＝4i＋2j，＝3i＋4j，则三角形OAB的面积为________．
[答案] 5
[解析] ＝4i＋2j＝(4,2)，＝3i＋4j＝(3,4)，
∴△OAB的面积为S＝||||·sin∠AOB＝＝＝5.
7．已知直角梯形ABCD中，AB∥CD，∠CDA＝∠DAB＝90°，CD＝DA＝AB，求证：AC⊥BC.
[解析] 以A为原点，AB所在直线为x轴，AD所在直线为y轴，建立直角坐标系，如图所示．
设AD＝1，则A(0,0)，B(2,0)，C(1,1)，D(0,1)．
∴＝(－1,1)，＝(1,1)，
·＝1×(－1)＋1×1＝0.
∴⊥，即AC⊥BC.
（四）典型例题
1.命题方向：向量在平面几何中的应用
[例1] 如图，在五边形ABCDE中，点M、N、P、Q分别是AB、CD、BC、DE的中点，点K和L分别是MN和PQ的中点．求证：＝.
[分析] 本题涉及条件较多，故需确定多个封闭图形才能把已知与求证结合起来．
[解析] 由题意可得
＋＋＋＋＋＝0①
＋＋＋＋＝0②
＋＋＋＋＝0③
＋＋＋＋＝0④
①＋②＋③＋④，得4＝，
即＝.
[点评] 1.平面向量在平面几何中的应用，是以平面几何中的基本图形(三角形、平行四边形、菱形等)为背景，重点考查平面向量的几何运算(三角形法则、平行四边形法则)和几何图形的基本性质等．
2．利用|a|2＝a2这个运算性质，可将向量的模转化为向量的数量积．结合图形，找出未知向量与已知向量的相互关系，也是解题过程中的一个要点．同时，要有的放矢地转化已知条件，抓住已知与未知的结合点．
跟踪练习1
如图，在平行四边形ABCD中，已知AD＝1，AB＝2，对角线BD＝2，求对角线AC的长．
[解析] ∵＝－
∴||＝|－|，
∴||2＝|－|2，
即2＋2－2·＝2，
∴2·＝2＋2－2＝1＋4－4＝1.
又||2＝|＋|2＝2＋2＋2·＝4＋1＋1＝6，
∴||＝.
2.命题方向：向量解决三角函数问题
[例2] 已知a＝(2，cosx)，b＝，函数f(x)＝a·b(x∈R)．
(1)求函数f(x)的单调增区间；
(2)若f(x)＝，求cos的值．
[解析] (1)f(x)＝a·b＝2sin－2cosx
＝2sinxcos＋2cosxsin－2cosx＝sinx－cosx＝2sin
由2kπ－≤x－≤2kπ＋得
2kπ－≤x≤2kπ＋π(k∈Z)，
所以函数f(x)的单调增区间为，k∈Z.
(2)由题意得2sin＝，
所以sin＝，
故cos＝cos2＝1－2sin2＝1－2×2＝.
[点评] 1.平面向量与三角函数的整合，仍然是以三角函数为背景的一种向量描述．它需要根据向量的运算性质将向量问题转化为三角函数的相关知识来解答，三角函数是考查的主体．
2．以平面向量为载体考查三角函数问题是历年高考的重点题型多以解答题形式出现，属于中档题．
跟踪练习2
(2009·湖南)已知向量a＝(sinθ，cosθ－2sinθ)，b＝(1,2)．
(1)若a∥b，求tanθ的值；
(2)若|a|＝|b|,0<θ<π，求θ的值．
[解析] (1)因为a∥b，所以2sinθ＝cosθ－2sinθ，
于是4sinθ＝cosθ，故tanθ＝.
(2)由|a|＝|b|知，sin2θ＋(cosθ－2sinθ)2＝5，
所以1－2sin2θ＋4sin2θ＝5.
从而－2sin2θ＋2(1－cos2θ)＝4，
即sin2θ＋cos2θ＝－1，
于是sin＝－.
又由0<θ<π知，<2θ＋<，
所以2θ＋＝，或2θ＋＝.
因此θ＝，或θ＝.
3.命题方向：平面向量在解析几何中的应用
[例4] 在▱ABCD中，A(1,1)，＝(6,0)，点M是线段AB的中点，线段CM与BD交于点P.
(1)若＝(3,5)，求点C的坐标；
(2)当||＝||时，求点P的轨迹．
[解析] (1)设点C的坐标为(x0，y0)，
又＝＋＝(3,5)＋(6,0)＝(9,5)，
即(x0－1，y0－1)＝(9,5)，
∴x0＝10，y0＝6，即点C(10,6)．
(2)设P(x，y)，则＝－＝(x－1，y－1)－(6,0)＝(x－7，y－1)，
＝＋＝＋3＝＋3
＝3－＝(3(x－1)，3(y－1))－(6,0)＝(3x－9,3y－3)．
∵||＝||，
∴▱ABCD为菱形，∴对角线互相垂直，
∴(x－7，y－1)·(3x－9,3y－3)＝0，
即(x－7)(3x－9)＋(y－1)(3y－3)＝0，
∴x2＋y2－10x－2y＋22＝0(y≠1)．
故点P的轨迹是以(5,1)为圆心，2为半径的圆去掉与直线y＝1的两个交点．
（五）思想方法点拨
用向量法证明几何问题的基本思想是：将问题中有关的线段表示为向量，然后根据图形的性质和特点，应用向量的运算性质、法则，推出所要求证的结论．要注意挖掘题目中，特别是几何图形中的隐含条件．
(1)用向量法求角
设向量a与b的夹角为α，则cosα＝.
若a＝(x1，y1)、b＝(x2，y2)，则cosα＝；
(2)用向量法处理垂直
要证两线段AB⊥CD，只需证·＝0.
(3)用向量法处理平行
要证两线段AB∥CD，只需证存在实数λ≠0，使等式＝λ成立．
(4)用向量法处理距离
要证线段AB＝CD，可转化为证明2＝2或||＝||.
(5)用向量法处理物理问题，首先要把物理问题用向量模型加以表达，然后通过求解向量模型解释相关物理现象．
（六）课后强化作业
一、选择题
1．已知△ABC中，||＝||，则一定有( )
A.⊥ B.＝
C．(＋)⊥(－) D.＋＝－
[答案] C
[解析] ∵||＝||
∴(＋)(－)＝||2－||2＝0，
∴(＋)⊥(－)．
2．已知两个力F1，F2的夹角为90°，它们的合力大小为10N，合力与F1的夹角为60°，那么F1的大小为( )
A．5N B．5N C．10N D．5N
[答案] B
[解析] 如图所示，由向量加法的平行四边形法则知F合＝F1＋F2，
四边形OABC是矩形，∵∠AOB＝60°，
∴|F1|＝|F合|cos60°＝10×＝5(N)．
3．(08·山东)已知a、b、c为△ABC的三个内角A、B、C的对边，向量m＝(，－1)，n＝(cosA，sinA)．若m⊥n，且acosB＋bcosA＝csinC，则角A、B的大小分别为( )
A.， B.， C.， D.，
[答案] C
[解析] 解法1：∵m⊥n，∴cosA－sinA＝0，
∴cos＝0，
又∵0
∴sin(A＋B)＝sin2C，
又sin(A＋B)＝sinC≠0，∴sinC＝1，∴C＝，故B＝.
解法2：接解法1中，A＝，在△ABC中，由余弦定理得
a·＋b·＝csinC，
∴＝c＝csinC，∴sinC＝1，∴C＝，故B＝.
4．已知点B(，0)，点O为坐标原点且点A在圆(x－)2＋(y－)2＝1上，则与夹角θ的最大值与最小值分别是( )
A.，0 B.， C.， D.，
[答案] C
[解析] 如图，
当直线OA与圆C相切时，与夹角最小或最大；由于C(，)
∴∠BOC＝又由于|OC|＝2，r＝1.
∴∠AOC＝；因此与夹角的最大、小值分别为，，故选C.
5．(2010·辽宁理)平面上O、A、B三点不共线，设＝a，＝b，则△OAB的面积等于( )
A. B.
C. D.
[答案] C
[解析] 如图，由三角形面积公式知S＝|a||b|sin∠AOB，
而cos∠AOB＝
∴S＝|a||b|＝，故选C.
6．一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( )
A．6 B．2 C．2 D．2
[答案] D
[解析] 考查平面向量的运算法则、概念．
由条件知，F1＋F2＋F3＝0，∴F3＝－(F1＋F2)，
∵F1·F2＝|F1|·|F2|·cos〈F1，F2〉＝2×4×cos60°＝4，
∴|F3|2＝|F1|2＋|F2|2＋2F1·F2＝22＋42＋2×4＝28，
∴|F3|＝2.
7．已知直线l：mx＋2y＋6＝0，向量(1－m,1)与l平行，则实数m的值为( )
A．－1 B．1 C．2 D．－1或2
[答案] D
[解析] k1＝－，向量(1－m,1)所在直线的斜率k＝，由题意得－＝.
解得m＝2或－1.
8．(2010·全国卷Ⅰ)已知圆O的半径为1，PA、PB为该圆的两条切线，A、B为两切点，那么·的最小值为( )
A．－4＋ B．－3＋ C．－4＋2 D．－3＋2
[答案] D
[解析] 如图所示：设PA＝PB＝x(x>0)，∠APO＝α，则∠APB＝2α，PO＝，sinα＝，
·＝||·||cos2α＝x2(1－2sin2α)＝＝，
令·＝y，则y＝，即x4－(1＋y)x2－y＝0，
由x2是实数，所以
Δ＝[－(1＋y)]2－4×1×(－y)≥0，y2＋6y＋1≥0，
解得y≤－3－2或y≥－3＋2.
故(·)min＝－3＋2，此时x＝.
二、填空题
9．设F1，F2为双曲线－y2＝1的两个焦点，点P在双曲线上，且·＝0，则||·||的值等于________．
[答案] 2
[解析] ||·||＝[||2＋||2－(|PF1|－|PF2|)2]
＝[|F1F2|2－(|PF1|－|PF2|)2]＝[(2c)2－(2a)2]＝2b2＝2.
10．(2009·天津理)在四边形ABCD中，＝＝(1,1)，B＋B＝B，则四边形ABCD的面积为________．
[答案]
[解析] 本小题考查向量加法的几何意义，数量积的应用．
由A＝D＝(1,1)知四边形ABCD为平行四边形，|AB＝|DC＝，
又B＋B＝·B.
∴∠ABD＝∠CBD，即四边形ABCD为菱形，
设∠ABD＝∠CBD＝α，
∵·B2＋·B·B＝·B·B，
∴cos2α＋1＝cosα.∴cosα＝，∴α＝30°.
∴S▱ABCD＝|A|·|B|sin60°＝2sin60°＝.
11．设两个向量a＝(λ＋2，λ2－cos2α)和b＝m，＋sinα，其中λ、m、α为实数．若a＝2b，
则的取值范围是__________．
[答案] [－6,1]
[解析] ∵2b＝(2m，m＋2sinα)，
∴λ＋2＝2m，λ2－cos2α＝m＋2sinα，
∴(2m－2)2－m＝cos2α＋2sinα，
即4m2－9m＋4＝1－sin2α＋2sinα，
又∵－2≤1－sin2α＋2sinα≤2，
∴－2≤4m2－9m＋4≤2，
解得≤m≤2，∴≤≤4，
又∵λ＝2m－2，∴＝2－，
∵－6≤2－≤1，∴－6≤≤1.
三、解答题
12．已知a，b是非零向量，若a＋3b与7a－5b垂直，a－4b与7a－2b垂直．试求a与b的夹角．
[分析] 要求a，b的夹角θ，就需要利用公式a·b＝|a||b|cosθ，因此我们利用题设中的垂直条件，用|a|，|b|等来表示a·b，这样就可以将它代入公式，即可求出θ的值．
[解析] 解法一：由条件知
所以
由①－②得46a·b－23b2＝0，所以b2＝2a·b.
将它代入②得a2＝2a·b.
所以由b2＝2a·b可知|b|2＝2|a||b|cosθ，
所以cosθ＝，所以θ＝60°.
即所求的向量a与b的夹角为60°.
解法二：由条件知：
∴
①×15＋②×8得|a|＝|b|，
由①得7|a|2＋16|a||b|cosθ－15|b|2＝0，
∴7＋16cosθ－15＝0，∴cosθ＝.
∵0°≤θ≤180°，∴θ＝60°.
即向量a与b的夹角为60°.
[点评] 向量的数量积满足交换律a·b＝b·a，但不满足a·b＝|a||b|，这与平时的数量乘积运算不同，同时要注意如果a·b＝b·c，但不能得出a＝c.
13．已知向量＝(3,4)，＝(6，－3)，＝(5－m，－(3＋m))．
(1)若点A，B，C能构成三角形，求实数m应满足的条件；
(2)若△ABC为直角三角形，且∠A为直角，求实数m的值．
[解析] (1)＝(3，－4)，＝(6，－3)，＝(5－m，－(3＋m))．
若点A，B，C能构成三角形，则这三点不共线，
∵＝(3,1)，＝(2－m,1－m)，
故知3(1－m)≠2－m.
∴实数m≠时，满足条件．
(2)若△ABC为直角三角形，且∠A为直角，则⊥，
∴3(2－m)＋(1－m)＝0，解得m＝.
14．求证：若平面四边形两组对边的平方和相等，则它的两条对角线互相垂直．
[解析] 如图，四边形ABCD中，已知AB2＋CD2＝AD2＋CB2，求证：AC⊥BD.
证明：∵AB2＋CD2＝AD2＋CB2，
∴2＋2＝2＋2.
∴2－2＝2－2.
∴(＋)(－)＝(＋)(－)．
∴(＋)·＝(＋)·.
∴(＋－－)·＝0.
∴(＋＋＋)·＝0.
∴2·＝0.∴⊥.∴AC⊥DB.
15．△ABC是等腰直角三角形，∠B＝90°，D是BC边的中点，BE⊥AD，垂足为E，延长BE交AC于F，连接DF，求证：∠ADB＝∠FDC.
[证明] 如图，以B为原点，BC所在直线为x轴建立直角坐标系，设A(0,2)，C(2,0)，则D(1,0)，＝(2，－2)
设＝λ，
则＝＋＝(0,2)＋(2λ，－2λ)＝(2λ，2－2λ)，
又＝(－1,2)
由题设⊥，∴·＝0，
∴－2λ＋2(2－2λ)＝0，∴λ＝.
∴＝，∴＝－＝，
又＝(1,0)，
∴cos∠ADB＝＝， cos∠FDC＝＝，
又∠ADB、∠FDC∈(0，π)，∴∠ADB＝∠FDC.
相关资料
更多
