高考数学一轮复习 专题6.1 平面向量的概念及其运算(讲)
展开高考数学一轮复习策略
1、揣摩例题。
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6.1 平面向量的概念及其运算
新课程考试要求 | 1.平面向量的实际背景及基本概念:理解平面向量及几何意义,理解零向量、向量的模、单位向量、向量相等、平行向量、向量夹角的概念. 2. 向量的线性运算:掌握向量加法、减法、数乘的概念,并理解其几何意义. 3.理解平面向量数量积的概念及其意义,了解平面向量的数量积与向量投影的关系. 4.掌握数量积与两个向量的夹角之间的关系. |
核心素养 | 本节涉及所有的数学核心素养:逻辑推理(多例)、直观想象(多例)、数学运算(多例)等. |
考向预测 | (1)以考查向量的线性运算、共线为主,且主要是在理解它们含义的基础上,进一步解题,如利用向量的线性运算求参数等; (2)考查单位向量较多. (3)以考查向量的数量积、夹角、模、垂直的条件等问题为主,基本稳定为选择题或填空题,难度中等以下; (4)常常以平面图形为载体,同三角函数、解析几何等知识相结合,以工具的形式出现. |
【知识清单】
知识点1.向量的概念
1.向量:既有大小又有方向的量叫向量;向量的大小叫做向量的模.
2.零向量:长度等于0的向量,其方向是任意的.
3.单位向量:长度等于1个单位的向量.
4.平行向量:方向相同或相反的非零向量,又叫共线向量,规定:0与任一向量共线.
5.相等向量:长度相等且方向相同的向量.
6.相反向量:长度相等且方向相反的向量.
知识点2.平面向量的线性运算
一.向量的线性运算
向量运算 | 定义 | 法则(或几何意义) | 运算律 |
加法 | 求两个向量和的运算 | 三角形法则 平行四边形法则 | (1)交换律:; (2)结合律: |
减法 | 求a与b的相反向量-b的和的运算叫做a与b的差 | 三角形法则 |
|
二.向量的数乘运算及其几何意义
1.定义:实数λ与向量a的积是一个向量,这种运算叫向量的数乘,记作λa,它的长度与方向规定如下:
①|λa|=|λ||a|;
②当λ>0时,λa的方向与a的方向相同;当λ<0时,λa的方向与a的方向相反;当λ=0时,λa=0.
2.运算律:设λ,μ是两个实数,则:
①;②;③.
知识点3.共线向量
共线向量定理:向量a(a≠0)与b共线,当且仅当有唯一一个实数λ,使得b=λa.
知识点4.两个向量的夹角
1.定义
已知两个非零向量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0°≤θ≤180°a与b同向时,夹角θ=0°;a与b反向时,夹角θ=180°.
3.向量垂直
如果向量a与b的夹角是90°,则a与b垂直,记作a⊥b.
知识点5.平面向量的数量积
1.已知两个非零向量a与b,则数量|a||b|·cos θ叫做a与b的数量积,记作a·b,即a·b=|a||b|cos θ,其中θ是a与b的夹角.
规定0·a=0.
当a⊥b时,θ=90°,这时a·b=0.
2.a·b的几何意义:
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.
知识点6.数量积的运算律
1.交换律:a·b=b·a.
2.分配律:(a+b)·c=a·c+b·c.
3.对λ∈R,λ(a·b)=(λa)·b=a·(λb).
知识点7.向量数量积的性质
1.如果e是单位向量,则a·e=e·a.
2.a⊥ba·b=0.
3.a·a=|a|2,.
4.cos θ=.(θ为a与b的夹角)
5.|a·b|≤|a||b|.
【考点分类剖析】
考点一 向量的有关概念
【典例1】(2020·山东高三专题练习)给出下列四个命题:①若,则;②若A,B,C,D是不共线的四点,则“”是“四边形ABCD为平行四边形”的充要条件;③若,,则;④的充要条件是且.其中正确命题的序号是( )
A.②③ B.①② C.③④ D.②④
【答案】A
【解析】
对于①,根据向量相等的概念分析可知不正确;对于②,根据向量相等的概念以及充要条件的概念分析可知正确;对于③,根据向量相等的概念分析可知正确;对于④,根据向量相等的概念以及充要条件的概念分析可知不正确.
【详解】
对于①,两个向量的长度相等,不能推出两个向量的方向的关系,故①错误;
对于②,因为A,B,C,D是不共线的四点,且 等价于且,即等价于四边形ABCD为平行四边形,故②正确;
对于③,若,,则;显然正确,故③正确;
对于④,由可以推出且,但是由且可能推出,故“且”是“”的必要不充分条件,故④不正确,
故选:A
【典例2】(2020·衡水市第十四中学高一月考)下列说法错误的是( )
A.向量的长度与向量的长度相等 B.零向量与任意非零向量平行
C.长度相等方向相反的向量共线 D.方向相反的向量可能相等
【答案】D
【解析】
A.向量与向量的方向相反,长度相等,故A正确;
B.规定零向量与任意非零向量平行,故B正确;
C.能平移到同一条直线的向量是共线向量,所以长度相等,方向相反的向量是共线向量,故C正确;
D.长度相等,方向相同的向量才是相等向量,所以方向相反的向量不可能相等,故D不正确.
【易错提醒】
1.有关平面向量概念的注意点
(1)相等向量具有传递性,非零向量的平行也具有传递性.
(2)共线向量即为平行向量,它们均与起点无关.
(3)向量可以平移,平移后的向量与原向量是相等向量.解题时,不要把它与函数图象的移动混淆.
(4)两向量起点相同,终点相同,则两向量相等;但两相等向量,不一定有相同的起点和终点.
(5)零向量和单位向量是两个特殊的向量.它们的模确定,但方向不确定.
【变式探究】
1. (2020·福建福州市·文博中学高一期末)下列命题中正确的是( )
A.若,则 B.若,则是平行四边形
C.若,,则 D.若,,则
【答案】D
【解析】
利用向量相等可判断AD选项的正误,取、、、四点共线可判断B选项的正误,取可判断C选项的正误.
【详解】
对于A选项,若,但、方向不相同时,,A选项错误;
对于B选项,若、、、四点共线且,则、、、无法构成四边形,B选项错误;
对于C选项,取,虽然有,,但、不一定平行,C选项错误;
对于D选项,若,,则,D选项正确.
故选:D.
2. 设a0为单位向量,下列命题中:①若a为平面内的某个向量,则a=|a|·a0;②若a与a0平行,则a=|a|a0;③若a与a0平行且|a|=1,则a=a0,假命题的个数是( )
A.0 B.1
C.2 D.3
【答案】D
【解析】向量是既有大小又有方向的量,a与|a|a0的模相同,但方向不一定相同,故①是假命题;若a与a0平行,则a与a0的方向有两种情况:一是同向,二是反向,反向时a=-|a|a0,故②③也是假命题.综上所述,假命题的个数是3.
【总结提升】
(1)非零向量a与的关系:是与a同方向的单位向量,-是与a反方向的单位向量.
(2)两个向量不能比较大小,只可以判断它们是否相等,但它们的模可以比较大小.
(3)两平行向量有向线段所在的直线平行或重合,易忽视重合这一条件.
(4)几个重要结论
①向量相等具有传递性,非零向量的平行具有传递性;
②向量可以平移,平移后的向量与原向量是相等向量.
考点二 平面向量的线性运算
【典例3】(2020·海南高考真题)在中,D是AB边上的中点,则=( )
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】
根据向量的加减法运算法则算出即可.
【详解】
故选:C
【典例4】(2020·湖南衡阳·三模(文))在平行四边形中,若,则( )
A. B. C. D.
【答案】D
【解析】
∵∴
∴.
故选: D.
【规律方法】
1.常用的法则是平行四边形法则和三角形法则,一般共起点的向量求和用平行四边形法则,求差用三角形法则,求首尾相连向量的和用三角形法则.
2.找出图形中的相等向量、共线向量,将所求向量与已知向量转化到同一个平行四边形或三角形中求解.
【变式探究】
1. (2018年新课标I卷理)在△中,为边上的中线,为的中点,则( )
A. B.
C. D.
【答案】A
【解析】
根据向量的运算法则,可得
,
所以,故选A.
2.(2019·广东高考模拟(理))已知,,三点不共线,且点满足,则( )
A. B.
C. D.
【答案】A
【解析】
已知,,三点不共线,且点满足,所以= +=) ()+=,所以 ,
故选:A
【总结提升】
平面向量的线性运算技巧
(1)不含图形的情况:可直接运用相应运算法则求解.
(2)含图形的情况:将它们转化到三角形或平行四边形中,充分利用相等向量、相反向量、三角形的中位线等性质,把未知向量用已知向量表示出来求解.
考点三 利用向量线性运算求参数
【典例5】(2020·西藏拉萨那曲第二高级中学高二期中(文))设,是两个不共线的向量,若向量(k∈R)与向量共线,则( )
A.k=0 B.k=1 C.k=2 D.k=
【答案】D
【解析】
根据向量共线定理可得,再由与是不共线向量,可得,解方程组即可求解.
【详解】
由共线向量定理可知存在实数λ,使,
即,
又与是不共线向量,
∴,解得
故选:D
【典例6】(2020·三亚华侨学校高一开学考试)已知四边形ABCD为正方形,,AP与CD交于点E,若,则= .
【答案】.
【解析】
由题作图如图所示,
∵,∴,∴,
∴,
∴.
故答案为:.
【总结提升】
利用平面向量的线性运算求参数的一般思路
(1)没有图形的准确作出图形,确定每一个点的位置.
(2)利用平行四边形法则或三角形法则进行转化,转化为要求的向量形式.
(3)比较、观察可知所求.
【变式探究】
1.(2019·山东高考模拟(文))在正方形中,为的中点,若,则的值为( )
A. B. C. D.1
【答案】B
【解析】
由题得,
.
故选:B
2.(2020·全国高一课时练习)已知x,y是实数,向量不共线,若,则________,________.
【答案】
【解析】
因为向量不共线,
所以向量均不为零向量,
解得
故答案为:;
考点四 共线向量及其应用
【典例7】(2020·全国高一课时练习)设,是平面内不共线的向量,已知,,,若A,B,D三点共线,则____.
【答案】
【解析】
求出,利用三点共线,得到,求出λ和k.
【详解】
由题意,,
又,且A、B、D三点共线,
由共线向量定理得,存在实数使得成立,
即,
则,解得.
故答案为:.
【典例8】已知A,B,P三点共线,O为直线外任意一点,若=x+y,求x+y的值.
【答案】
【解析】由于A,B,P三点共线,所以向量,在同一直线上,由向量共线定理可知,必定存在实数λ使=λ,即-=λ(-),所以=(1-λ)+λ,故x=1-λ,y=λ,即x+y=1.
【规律方法】
1.平面向量共线定理的三个应用
2.求解向量共线问题的注意事项
(1)向量共线的充要条件中,当两向量共线时,通常只有非零向量才能表示与之共线的其他向量,注意待定系数法和方程思想的运用.
(2)证明三点共线问题,可用向量共线来解决,但应注意向量共线与三点共线的区别与联系,当两向量共线且有公共点时,才能得到三点共线.
(3)直线的向量式参数方程:A,P,B三点共线⇔=(1-t)·+t(O为平面内任一点,t∈R).
【变式探究】
1.(2020·全国高二课时练习)若,与的方向相反,且,则=________.
【答案】
【解析】
直接利用向量共线进行计算即可.
【详解】
∵,且与的方向相反,
所以=.
故答案为:.
2.(2020·上海高三专题练习)设是不共线的两个向量,已知,,若A、B、D三点共线,求k的值.
【答案】k=-1
【解析】
由A、B、C三点共线,存在实数,使得
∵
∴
故
又a,b不共线
∴ =1,k=-1
【总结提升】
共线向量定理应用时的注意点
(1)向量共线的充要条件中要注意“a≠0”,否则λ可能不存在,也可能有无数个.
(2)证明三点共线问题,可用向量共线来解决,但应注意向量共线与三点共线的区别与联系,当两向量共线且有公共点时,才能得出三点共线;另外,利用向量平行证明向量所在直线平行,必须说明这两条直线不重合.
考点五 平面向量数量积的运算
【典例9】(2020·海南高考真题)已知P是边长为2的正六边形ABCDEF内的一点,则 的取值范围是( )
A. B.
C. D.
【答案】A
【解析】
首先根据题中所给的条件,结合正六边形的特征,得到在方向上的投影的取值范围是,利用向量数量积的定义式,求得结果.
【详解】
的模为2,根据正六边形的特征,
可以得到在方向上的投影的取值范围是,
结合向量数量积的定义式,
可知等于的模与在方向上的投影的乘积,
所以的取值范围是,
故选:A.
【典例10】(2018·天津高考真题(文))在如图的平面图形中,已知,则的值为
A. B.
C. D.0
【答案】C
【解析】
如图所示,连结MN,
由 可知点分别为线段上靠近点的三等分点,
则,
由题意可知:
,,
结合数量积的运算法则可得:
.
本题选择C选项.
【规律方法】
计算向量数量积的三种常用方法
(1)定义法:已知向量的模与夹角时,可直接使用数量积的定义求解,即a·b=|a||b|cosθ(θ是a与b的夹角).
(2)基向量法(利用数量积的几何意义):计算由基底表示的向量的数量积时,应用相应运算律,最终转化为基向量的数量积,进而求解.
(3)坐标法:若向量选择坐标形式,则向量的数量积可应用坐标的运算形式进行求解.
【变式探究】
1.(2018·全国高考真题(理))已知向量,满足,,则( )
A.4 B.3 C.2 D.0
【答案】B
【解析】
因为
所以选B.
2.(2020届浙江省杭州市高三上期末(一模))在平面凸四边形中,,点,分别是边,的中点,且,若,则______.
【答案】
【解析】
取BD的中点O,连接OM,ON,
可得,
平方可得,
即有,,
即有
,
解得,
所以,
故答案为:−2.
【总结提升】
② 知向量a,b的模及夹角θ,利用公式a·b=|a||b|cosθ求解;
②对于向量数量积与线性运算的综合运算问题,可先利用数量积的运算律化简,再进行运算.
考点六 平面向量的夹角问题
【典例11】(2020·全国高考真题(理))已知向量 ,满足,,,则( )
A. B. C. D.
【答案】D
【解析】
,,,.
,
因此,.
故选:D.
【典例12】(2019·全国高考真题(理))已知为单位向量,且=0,若 ,则___________.
【答案】.
【解析】
因为,,
所以,
,所以,
所以 .
【总结提升】
向量夹角问题的解答方法:
(1)当a,b是非坐标形式时,求a与b的夹角θ,需求出a·b及|a|,|b|或得出它们之间的关系;
(2)若已知a=(x1,y1)与b=(x2,y2),则cos〈a,b〉=.
提醒:〈a,b〉∈[0,π].
【变式探究】
1.(2020·陕西西安市·西安一中高三月考(文))若两个非零向量满足,则向量与的夹角是( )
A. B. C. D.
【答案】D
【解析】
把已知等式两边平方,得到、的关系及,然后利用向量的数量积公式求出量与的夹角.
【详解】
解:,
,
,
,
,
设与的夹角为,
.
,,
.
故选:D.
2.(2020届浙江绍兴市诸暨市高三上期末)已知,是不共线的两个向量,若对任意的,的最小值为1,的最小值为1,若,则,所成角的余弦值为______.
【答案】
【解析】
因为,
所以当时,即,
因为,
所以当时,,
即,
所以,
所以.
故答案为:
考点七 平面向量的模的问题
【典例13】(2021·全国高考真题(文))若向量满足,则_________.
【答案】
【解析】
根据题目条件,利用模的平方可以得出答案
【详解】
∵
∴
∴.
故答案为:.
【典例14】(2019·浙江高考真题)已知正方形的边长为1,当每个取遍时,的最小值是________;最大值是_______.
【答案】0
【解析】
正方形ABCD的边长为1,可得,,
•0,
要使的最小,只需要
,此时只需要取
此时
等号成立当且仅当均非负或者均非正,并且均非负或者均非正.
比如
则.
【规律方法】
平面向量模问题的类型及求解方法
(1)求向量模的常用方法
①若向量a是以坐标形式出现的,求向量a的模可直接利用公式|a|=.
②若向量a,b是以非坐标形式出现的,求向量a的模可应用公式|a|2=a2=a·a,或|a±b|2=(a±b)2=a2±2a·b+b2,先求向量模的平方,再通过向量数量积的运算求解.
(2)求向量模的最值(范围)的方法
①代数法:把所求的模表示成某个变量的函数,再用求最值的方法求解.
②几何法(数形结合法):弄清所求的模表示的几何意义,结合动点表示的图形求解.
(3)利用向量夹角公式、模公式,可将有关角度问题、线段长问题转化为向量的数量积来解决.
【变式探究】
1.(2020·浙江高三)已知,则的取值范围是( )
A.[0,1] B. C.[1,2] D.[0,2]
【答案】D
【解析】
设,则,
,
∴()2•2
||22=4,所以可得:,
配方可得,
所以,
又
则[0,2].
故选:D.
2.(2020·全国高二课时练习)已知 ,则____________.
【答案】
【解析】
根据和向量数量积运算可得答案.
【详解】
解: ,
所以.
故答案为:.
考点八 平面向量垂直的条件
【典例15】(2020·全国高考真题(文))已知单位向量,的夹角为60°,则在下列向量中,与垂直的是( )
A. B. C. D.
【答案】D
【解析】
由已知可得:.
A:因为,所以本选项不符合题意;
B:因为,所以本选项不符合题意;
C:因为,所以本选项不符合题意;
D:因为,所以本选项符合题意.
故选:D.
【典例16】(2020·全国高考真题(理))已知单位向量,的夹角为45°,与垂直,则k=__________.
【答案】
【解析】
首先求得向量的数量积,然后结合向量垂直的充分必要条件即可求得实数k的值.
【详解】
由题意可得:,
由向量垂直的充分必要条件可得:,
即:,解得:.
故答案为:.
【总结提升】
平面向量垂直问题的类型及求解方法
(1)判断两向量垂直
第一,计算出这两个向量的坐标;
第二,根据数量积的坐标运算公式,计算出这两个向量的数量积为0即可.
(2)已知两向量垂直求参数
根据两个向量垂直的充要条件,列出相应的关系式,进而求解参数.
【变式探究】
1.(2020·长沙市·湖南师大附中高一月考)已知非零向量、满足,,若,则实数的值为( )
A. B. C. D.
【答案】A
【解析】
由已知条件可得出,由已知条件可得出,利用平面向量数量积的运算性质可求得实数的值.
【详解】
因为,则,所以,,
因为,则,解得.
故选:A.
2.(2020·全国高二课时练习)已知,则λ=________.
【答案】-
【解析】
由向量垂直的数量积表示和向量数量积的定义计算可得答案.
【详解】
解:由,得,所以,
所以,
即4λ+6=0,所以λ=-.
故答案为:-.
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