【步步高】屆高三數(shù)學(xué)大一輪復(fù)習(xí) 5.4平面向量的應(yīng)用教案 理 新人教A版
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1、 5.4 平面向量的應(yīng)用 2014高考會(huì)這樣考 1.考查向量與平面幾何知識(shí)、三角函數(shù)的綜合應(yīng)用;2.考查向量的物理應(yīng)用,利用向量解決一些實(shí)際問(wèn)題. 復(fù)習(xí)備考要這樣做 1.掌握向量平行、垂直的條件和數(shù)量積的意義,會(huì)求一些角、距離;2.體會(huì)數(shù)形結(jié)合思想,重視向量的工具性作用. 1. 向量在平面幾何中的應(yīng)用 平面向量在平面幾何中的應(yīng)用主要是用向量的線性運(yùn)算及數(shù)量積解決平面幾何中的平行、垂直、平移、全等、相似、長(zhǎng)度、夾角等問(wèn)題. (1)證明線段平行或點(diǎn)共線問(wèn)題,包括相似問(wèn)題,常用共線向量定理:a∥b?a=λb(b≠0)?x1y2-x2y1=0. (2)證明垂直問(wèn)題,常用數(shù)量積的運(yùn)
2、算性質(zhì) a⊥b?ab=0?x1x2+y1y2=0. (3)求夾角問(wèn)題,利用夾角公式 cos θ== (θ為a與b的夾角). 2. 平面向量在物理中的應(yīng)用 (1)由于物理學(xué)中的力、速度、位移都是矢量,它們的分解與合成與向量的加法和減法相似,可以用向量的知識(shí)來(lái)解決. (2)物理學(xué)中的功是一個(gè)標(biāo)量,這是力F與位移s的數(shù)量積.即W=Fs=|F||s|cos θ (θ為F與s的夾角). 3. 平面向量與其他數(shù)學(xué)知識(shí)的交匯 平面向量作為一個(gè)運(yùn)算工具,經(jīng)常與函數(shù)、不等式、三角函數(shù)、數(shù)列、解析幾何等知識(shí)結(jié)合,當(dāng)平面向量給出的形式中含有未知數(shù)時(shí),由向量平行或垂直的充要條件可以得到關(guān)于該未知數(shù)的關(guān)
3、系式.在此基礎(chǔ)上,可以求解有關(guān)函數(shù)、不等式、三角函數(shù)、數(shù)列的綜合問(wèn)題. 此類(lèi)問(wèn)題的解題思路是轉(zhuǎn)化為代數(shù)運(yùn)算,其轉(zhuǎn)化途徑主要有兩種:一是利用平面向量平行或垂直的充要條件;二是利用向量數(shù)量積的公式和性質(zhì). [難點(diǎn)正本 疑點(diǎn)清源] 1. 向量兼具代數(shù)的抽象與嚴(yán)謹(jǐn)和幾何的直觀,向量本身是一個(gè)數(shù)形結(jié)合的產(chǎn)物.在利用向量解決問(wèn)題時(shí),要注意數(shù)與形的結(jié)合、代數(shù)與幾何的結(jié)合、形象思維與邏輯思維的結(jié)合. 2. 要注意變換思維方式,能從不同角度看問(wèn)題,要善于應(yīng)用向量的有關(guān)性質(zhì)解題. 1. 一質(zhì)點(diǎn)受到平面上的三個(gè)力F1,F(xiàn)2,F(xiàn)3(單位:牛頓)的作用而處于平衡狀態(tài).已知F1,F(xiàn)2成120角,且F1,F(xiàn)2
4、的大小分別為1和2,則F1與F3所成的角為_(kāi)_______. 答案 90 解析 如圖,F(xiàn)3=-(F1+F2). 在?OACB中,|OA|=1,|AC|=2, ∠OAC=60, ∴|OC|= =, ∴∠AOC=90,即⊥,∴F1⊥F3. 2. 平面上有三個(gè)點(diǎn)A(-2,y),B,C(x,y),若⊥,則動(dòng)點(diǎn)C的軌跡方程為_(kāi)____. 答案 y2=8x (x≠0) 解析 由題意得=,=, 又⊥,∴=0, 即=0,化簡(jiǎn)得y2=8x (x≠0). 3. 河水的流速為2 m/s,一艘小船想以垂直于河岸方向10 m/s的速度駛向?qū)Π?,則小船的靜水速度大小為_(kāi)_______. 答案
5、2 m/s 解析 如圖所示小船在靜水中的速度為 =2 m/s. 4. 已知A、B是以C為圓心,半徑為的圓上的兩點(diǎn),且||=,則等于( ) A.- B. C.0 D. 答案 A 解析 ∵||==r,∴∠ACB=60, =-=-||||cos∠ACB =-cos 60=-. 5. a,b為非零向量,“a⊥b”是“函數(shù)f(x)=(xa+b)(xb-a)為一次函數(shù)”的( ) A.充分而不必要條件 B.必要而不充分條件 C.充分必要條件 D.既不充分也不必要條件 答案 B 解析 因?yàn)閒(x)=(xa+b)(xb-a)=(ab)x2+(|b|
6、2-|a|2)x-ab.當(dāng)f(x)為一次函數(shù)時(shí),必須滿足即故f(x)為一次函數(shù)時(shí)一定有a⊥b.當(dāng)a⊥b且|a|=|b|時(shí),f(x)為常函數(shù),所以“a⊥b”不是“f(x)為一次函數(shù)”的充分條件,故選B. 題型一 應(yīng)用平面向量的幾何意義解題 例1 平面上的兩個(gè)向量,滿足||=a,||=b,且⊥,a2+b2=4.向量=x+y (x,y∈R),且a22+b22=1. (1)如果點(diǎn)M為線段AB的中點(diǎn),求證:=+; (2)求||的最大值,并求此時(shí)四邊形OAPB面積的最大值. 思維啟迪:對(duì)第(1)問(wèn),可先求,再由條件即可得到結(jié)論;對(duì)第(2)問(wèn),先設(shè)點(diǎn)M為線段AB的中點(diǎn),進(jìn)而利用第(1)問(wèn)的結(jié)論
7、,并由條件確定P,O,A,B四點(diǎn)共圓,結(jié)論即可得到. (1)證明 因?yàn)辄c(diǎn)M為線段AB的中點(diǎn), 所以=+. 所以=-=(x+y)- =+. (2)解 設(shè)點(diǎn)M為線段AB的中點(diǎn), 則由⊥,知||=||=||=||=1. 又由(1)及a22+b22=1,得 ||2=|-|2=22+22 =2a2+2b2=1. 所以||=||=||=||=1. 故P,O,A,B四點(diǎn)都在以M為圓心、1為半徑的圓上,所以當(dāng)且僅當(dāng)OP為圓M的直徑時(shí),||max=2. 這時(shí)四邊形OAPB為矩形,則S四邊形OAPB=||||=ab≤=2,當(dāng)且僅當(dāng)a=b=時(shí),四邊形OAPB的面積最大,最大值為2. 探究
8、提高 本題是一道典型的考查向量幾何意義的應(yīng)用問(wèn)題.求解第(2)問(wèn)的難點(diǎn)就是如何利用第(1)問(wèn)的結(jié)論來(lái)解決新的問(wèn)題,突破這一難點(diǎn)的關(guān)鍵主要是從設(shè)點(diǎn)M為線段AB的中點(diǎn)入手,借助條件及第(1)問(wèn)的結(jié)論,去探究||的最大值問(wèn)題. 在△ABC所在平面上有一點(diǎn)P,滿足++=,則△PAB與△ABC的面積之比是 ( ) A. B. C. D. 答案 A 解析 由已知可得=2,∴P是線段AC的三等分點(diǎn)(靠近點(diǎn)A),易知S△PAB=S△ABC,即S△PAB∶S△ABC=1∶3. 題型二 平面向量在物理計(jì)算題中的應(yīng)用 例2 質(zhì)點(diǎn)受到平面上的三個(gè)力F1,
9、F2,F(xiàn)3(單位:牛頓)的作用而處于平衡狀態(tài),已知F1,F(xiàn)2成60角,且F1,F(xiàn)2的大小分別為2和4,則F3的大小為_(kāi)_______. 答案 2 解析 方法一 由已知條件F1+F2+F3=0, 則F3=-F1-F2,F(xiàn)=F+F+2|F1||F2|cos 60=28. 因此,|F3|=2. 方法二 如圖,||2=|F1|2+ |F2|2-2|F1||F2|cos 60=12, 則||2+||2=||2, 即∠OF1F2為直角, |F3|=2=2. 如圖所示,已知力F與水平方向的夾角為30(斜向 上),F(xiàn)的大小為50 N,F(xiàn)拉著一個(gè)重80 N的木塊在摩擦因數(shù)μ =0.0
10、2的水平平面上運(yùn)動(dòng)了20 m,問(wèn)F、摩擦力f所做的功分別 為多少? 解 設(shè)木塊的位移為s, 則Fs=|F||s|cos 30=5020=500 (J), F在豎直方向上的分力大小為 |F|sin 30=50=25(N), 所以摩擦力f的大小為|f|=(80-25)0.02=1.1(N), 所以fs=|f||s|cos 180=1.120(-1)=-22(J). ∴F,f所做的功分別為500 J,-22 J. 題型三 平面向量與三角函數(shù)的交匯 例3 已知在銳角△ABC中,兩向量p=(2-2sin A,cos A+sin A),q=(sin A-cos A,1+sin A),且
11、p與q是共線向量. (1)求A的大??; (2)求函數(shù)y=2sin2B+cos取最大值時(shí),B的大?。? 解 (1)∵p∥q, ∴(2-2sin A)(1+sin A)-(cos A+sin A)(sin A-cos A)=0, ∴sin2A=,sin A=, ∵△ABC為銳角三角形,∴A=60. (2)y=2sin2B+cos =2sin2B+cos =2sin2B+cos(2B-60) =1-cos 2B+cos(2B-60) =1-cos 2B+cos 2Bcos 60+sin 2Bsin 60 =1-cos 2B+sin 2B=1+sin(2B-30), 當(dāng)2B-3
12、0=90,即B=60時(shí),函數(shù)取最大值2. 探究提高 向量與三角函數(shù)的結(jié)合往往是簡(jiǎn)單的組合.如本題中的條件通過(guò)向量給出,根據(jù)向量的平行得到一個(gè)等式.向量與其他知識(shí)的結(jié)合往往也是這種簡(jiǎn)單組合,因此這種題目較為簡(jiǎn)單. △ABC的三個(gè)內(nèi)角A,B,C所對(duì)的邊長(zhǎng)分別是a,b,c,設(shè)向量m=(a+b,sin C),n=(a+c,sin B-sin A),若m∥n,則角B的大小為_(kāi)_______. 答案 解析 ∵m∥n,∴(a+b)(sin B-sin A)-sin C(a+c)=0,又∵==, 則化簡(jiǎn)得a2+c2-b2=-ac, ∴cos B==-,∵0
13、與解析幾何的綜合問(wèn)題 例4 已知平面上一定點(diǎn)C(2,0)和直線l:x=8,P為該平面上一動(dòng)點(diǎn),作PQ⊥l,垂足為Q,且=0. (1)求動(dòng)點(diǎn)P的軌跡方程; (2)若EF為圓N:x2+(y-1)2=1的任一條直徑,求的最小值. 解 (1)設(shè)P(x,y),則Q(8,y). 由=0, 得||2-||2=0,即(x-2)2+y2-(x-8)2=0, 化簡(jiǎn)得+=1. 所以點(diǎn)P在橢圓上,其方程為+=1. (2)因=(-)(-) =(--)(-) =(-)2-2=2-1, P是橢圓+=1上的任意一點(diǎn),設(shè)P(x0,y0), 則有+=1,即x=16-, 又N(0,1),所以2=x+(y
14、0-1)2 =-y-2y0+17=-(y0+3)2+20. 因y0∈[-2,2], 所以當(dāng)y0=2時(shí),2取得最小值(2-1)2=13-4,(此時(shí)x0=0),故的最小值為12-4. 探究提高 本題是平面向量與解析幾何的綜合性問(wèn)題,涉及向量數(shù)量積的基本運(yùn)算,數(shù)量積的求解以及軌跡、直線和曲線等問(wèn)題,該題的難點(diǎn)是向量條件的轉(zhuǎn)化與應(yīng)用,破解此問(wèn)題應(yīng)從向量的坐標(biāo)運(yùn)算入手,這也是解決解析幾何問(wèn)題的基本方法——坐標(biāo)法.在解題過(guò)程中應(yīng)該注意結(jié)合向量的有關(guān)運(yùn)算技巧,先化簡(jiǎn)后運(yùn)算. 已知圓C:(x-3)2+(y-3)2=4及點(diǎn)A(1,1),M是圓C上的任意一點(diǎn),點(diǎn)N在線段MA的延長(zhǎng)線上,且=2,求點(diǎn)N的
15、軌跡方程. 解 設(shè)M(x0,y0)、N(x,y).由=2得 (1-x0,1-y0)=2(x-1,y-1), ∴ ∵點(diǎn)M(x0,y0)在圓C上, ∴(x0-3)2+(y0-3)2=4, 即(3-2x-3)2+(3-2y-3)2=4. ∴x2+y2=1. ∴所求點(diǎn)N的軌跡方程是x2+y2=1. 利用平面向量解三角形 典例:(12分)已知角A,B,C是△ABC的內(nèi)角,a,b,c分別是其對(duì)邊長(zhǎng),向量m=,n=,m⊥n. (1)求角A的大??; (2)若a=2,cos B=,求b的長(zhǎng). 審題視角 先根據(jù)m⊥n,利用兩個(gè)向量的數(shù)量積將已知條件轉(zhuǎn)化成三角形中邊、角的條件,然后利
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