6.2.1 平面向量的加法运算
导学案
【学习目标】
1.理解并掌握向量加法的概念,了解向量加法的物理意义及其几何意义.
2.掌握向量加法的三角形法则和平行四边形法则,并能熟练地运用这两个法则作两个向量的
加法运算.
3.了解向量加法的交换律和结合律,并能依据几何意义作图解释向量加法运算律的合理性.
【自主学习】
知识点 1 向量的加法法则
(1)三角形法则
如图所示,已知非零向量 a,b,在平面内任取一点 A,作A→B=a,B→C=b →,则向量AC叫
做 a 与 b ( → → →的和 或和向量),记作 a+b,即 a+b=AB+BC=AC.上述求两个向量和的作
图法则,叫做向量加法的三角形法则.
对于零向量与任一向量 a 的和有 a+0=0+a=a.
(2)平行四边形法则
→ →
如图所示,已知两个不共线向量 a,b,作OA=a,OB=b,则 O、A、B三点不共线,
以 OA,OB →为邻边作平行四边形,则以 O为起点的对角线上的向量OC=a+b,这个法
则叫做两个向量加法的平行四边形法则.
知识点 2 向量加法的运算律
(1)交换律:a+b=b+a.
(2)结合律:(a+b)+c=a+(b+c).
【合作探究】
探究一 向量的加法法则
【例 1】如图,已知向量 a、b,求作向量 a+b.
→ →
解 在平面内任取一点 O(如下图),作OA=a,OB=b,以 OA、OB为邻边做 OACB,连
接 OC → → →,则OC=OA+OB=a+b.2
归纳总结:已知向量 a 与向量 b,要作出和向量 a+b,关键是准确规范地依据平行四边形法
则作图.
【练习 1】(1)如图①所示,求作向量和 a+b.
(2)如图②所示,求作向量和 a+b+c.
[ ] (1) O→解 首先作向量 A=a →,然后作向量AB=b O→,则向量 B=a+b.如图③所示.
(2) →方法一(三角形法则):如图④所示,首先在平面内任取一点 O,作向量OA=a,再
A→作向量 B →=b,则得向量OB=a b → →+ ,然后作向量BC=c,则向量OC=(a+b)+c=a+b+c
即为所求.
→ →
方法二(平行四边形法则):如图⑤所示,首先在平面内任取一点 O,作向量OA=a,OB
=b →,OC=c,以 OA,OB → → →为邻边作 OADB,连接 OD,则OD=OA+OB=a+b,再以 OD,
OC为邻边作 ODEC,连接 OE → → →,则OE=OD+OC=a+b+c 即为所求.
探究二 向量的加法运算
【例 2-1】如图,在平行四边形 ABCD中,O是 AC和 BD的交点.
(1)A→B+A→D=________;
(2)A→C C→+ D+D→O=________;
(3)A→B+A→D →+CD=________;
(4)A→C → →+BA+DA=________.
(1)A→答案 C (2)A→O (3)A→D (4)0
【例 2-2】化简:
(1)B→C A→B (2)D→B C→D B→C (3)A→B D→+ ; + + ; + F+C→D+B→C →+FA.
解 (1)B→C+A→B A→B →= +BC A→= C.
(2)D→B C→D B→C B→C C→ →+ + = + D+DB
(B→C C→= + D)+D→B → →=BD+DB=0.
(3)A→B D→F C→D B→C F→A A→B B→C C→+ + + + = + + D+D→F+F→A
→
=AC → →+CD+DF+F→A=A→D → →+DF+FA=A→F →+FA=0.
归纳总结:在向量的加法运算中,通过向量加法的交换律,使各向量“首尾相连”,通过加法
的结合律调整向量相加的顺序,可以省去画图步骤,加快解题速度.
(1) B→C A→B A→B D→F C→D B→C F→【练习 2-1】 化简:① + ;② + + + + A.
(2)如图,已知 O为正六边形 ABCDEF的中心,求下列向量:
O→A O→E A→O A→① + ; ② + B → →; ③AE+AB.
[分析] 根据加法的交换律使各向量首尾相接,再运用向量的结合律,调整向量顺序相加.
[解] (1)①B→C A→B A→B B→C A→+ = + = C;
→ → → →
②AB+DF+CD+BC+F→A=A→B → →+BC+CD+D→F →+FA=A→F F→+ A=0.
(2)①由题图知,OAFE → → →为平行四边形,∴OA+OE=OF;
②由题图知,OABC为平行四边形,∴A→O →+AB=A→C;
③由题图知,AEDB A→E A→B A→为平行四边形,∴ + = D.
【练习2-1】化简:(1)A→B C→D B→C. (2)(M→ →+ + A+BN)+(A→C →+CB). (3)A→B (B→D C→A) D→+ + + C.
→
解 (1)AB+C→D →+BC=A→B B→C C→D →+ + =AD.
(2)(M→A →+BN) → →+(AC+CB) (M→= A+A→C) (C→B →+ +BN)
M→C C→N →= + =MN.
(3)A→B+(B→D →+CA) D→C → → → →+ =AB+BD+DC+CA=0.
探究三 向量加法的应用
【例 3】用向量方法证明对角线互相平分的四边形是平行四边形.
[证明] → → → → → →如图,根据向量加法的三角形法则有AB=AO+OB,DC=DO+OC.
又∵A→O=O→C,D→O=O→B,
A→O O→ →∴ + B=DO+O→C.
A→B →∴ =DC.
∴AB∥DC且 AB=DC,即 AB与 DC平行且相等.
∴四边形 ABCD是平行四边形.
归纳总结:要证四边形是平行四边形,只需证一组对边平行且相等.根据向量相等的意义,
只需证其一组对边对应的向量相等即可.此问题是纯文字叙述的问题,首先应转化为符号语
言描述.
【练习 3】在平行四边形 ABCD的对角线 BD的延长线及反向延长线上,分别取点 F,E,
使 BE=DF(如图),用向量的方法证明四边形 AECF也是平行四边形.
证明:A→E=A→B → → → →+BE,FC=FD+DC,
A→B D→C B→E F→又 = , = D,
∴A→E=F→C,即 AE,FC平行且相等.
故四边形 AECF是平行四边形.
探究四 向量加法的实际应用
【例 4】长江两岸之间没有大桥的地方,常常通过轮渡进行运输.如图所示,一艘船从长江
南岸 A点出发,以 5 3 km/h的速度向垂直于对岸的方向行驶,同时江水的速度为向东 5 km/h.
(1)试用向量表示江水速度、船速以及船实际航行的速度;
(2)求船实际航行的速度的大小与方向(用与江水速度方向间的夹角表示).
[ ] (1) A→ →解 如图所示, D表示船速,AB表示江水速度.易知 AD⊥AB,以 AD,AB为
邻边作矩形 ABCD,则A→C表示船实际航行速度.
(2)在 Rt△ABC中,|A→B|=5,
|B→C|=5 3,
所以|A→C|= |A→B|2 →+|BC|2
= 52+ 5 3 2= 100=10.
→
|BC|
因为 tan∠CAB= = 3,所以∠CAB=60°.
|A→B|
因此,船实际航行的速度大小为 10 km/h,
方向与江水速度方向间的夹角为 60°.
归纳总结:向量应用题要首先画出图形.解决的步骤是: 1 将应用问题中的量抽象成向量;
2 化归为向量问题,进行向量运算; 3 将向量问题还原为实际问题.
【练习 4】某人在静水中游泳,速度为 4 3千米/小时,他在水流速度为 4千米/小时的河中
游泳.他必须朝哪个方向游,才能沿与水流垂直的方向前进?实际前进的速度大小为多少?
→ → → → → →
解:如图,设此人的实际速度为OD,水流速度为OA,游速为OB,则OA+OB=OD,
在 Rt△AOD → → → 3中,|AD|=4 3,|OA|=4,则|OD|=4 2,cos∠DAO= .
3
→ 3
故此人沿向量OB的方向游(即逆着水流且与河岸所成夹角的余弦值为 ),实际前进的
3
速度大小为 4 2千米/小时.
课后作业
A 组 基础题
一、选择题
1.在四边形 ABCD A→中, C=A→B+A→D,则( )
A.ABCD一定是矩形 B.ABCD一定是菱形
C.ABCD一定是正方形 D.ABCD一定是平行四边形
答案 D
A→解析:由 C → →=AB+AD知,由 A,B,C,D构成的四边形一定是平行四边形.
2.下列等式不成立的是( )
A.0+a=a B.a+b=b+a
C.A→B →+BA=2B→A D.A→B → →+BC=AC
答案 C
C A→B B→解析:对于 ,∵ 与 A方向相反,∴A→B+B→A=0.
3.已知向量 a 表示“向东航行 1 km”,向量 b 表示“向南航行 1 km”,则 a+b 表示( )
A.向东南航行 2 km B.向东南航行 2 km
C.向东北航行 2 km D.向东北航行 2 km
答案 A
4.如图,在平行四边形 ABCD中,O是对角线的交点,下列结论正确的是( )
A.A→B=C→D B→, C=A→D
B.A→D →+OD=D→A
C.A→O+O→D=A→C →+CD
D.A→B+B→C → →+CD=DA
答案 C
5.a,b 为非零向量,且|a+b|=|a|+|b|,则( )
A.a∥b,且 a 与 b 方向相同
B.a,b 是共线向量且方向相反
C.a=b
D.a,b 无论什么关系均可
答案 A
6. → →如图所示,在平行四边形 ABCD中,BC+DC+B→A等于( )
A.B→D B.D→B
C.B→C D.C→B
答案 C
→ → →
解析 BC+DC+BA=B→C+(D→C → →+BA)=BC+0=B→C.
7.已知 O是△ABC → → →所在平面内一点,D为 BC边的中点,且 2OA+OB+OC=0,那么( )
A.A→O → → →=OD B.AO=2OD
C.A→O=3O→D D 2A→O →. =OD
答案 A
O→B O→C 2O→解析 ∵ + = D,
∴2O→A+2O→D → →=0.∴AO=OD.
8.如图,D、E、F分别是△ABC的边 AB、BC、CA的中点,则下列等式中错误的是( )
A.F→D → →+DA+DE=0
B.A→D B→E C→+ + F=0
C.F→D D→E → →+ +AD=AB
D.A→D+E→C F→D B→+ = D
答案 D
→ → → → →
解析 FD+DA+DE=FA+DE=0,
A→D B→E C→F A→D D→ →+ + = + F+FA=0,
F→D D→E A→D F→E A→D A→D D→ →+ + = + = + B=AB,
A→D E→C →+ +FD=A→D+0 A→D D→= = B≠B→D.
故选 D.
9.设 M为平行四边形 ABCD对角线的交点,O为平行四边形 ABCD所在平面内任意一点,
O→A →则 +OB+O→C+O→D等于( )21
A.O→M B.2O→M C.3O→M D.4O→M
答案 D
解析 因为点 M为平行四边形 ABCD对角线的交点,所以点 M是 AC和 BD的中点,由平
行四边形法则知O→A →+OC=2O→M →,OB+O→D → → → → → →=2OM,故OA+OC+OB+OD=4OM.
二、填空题
10 ABCD B→ →.在平行四边形 中, C+DC+B→A+D→A=________.
答案 0
→
解析 注意DC+B→A=0,B→C →+DA=0.
11.设 E是平行四边形 ABCD外一点,如图所示,化简下列各式:
(1)D→E E→+ A=________;
(2)B→E+A→B+E→A=______;
(3)D→E →+CB+E→C=________;
(4)B→A → → →+DB+EC+AE=________.
答案 (1)D→A (2)0 (3)D→B (4)D→C
12.设|a|=8,|b|=12,则|a+b|的最大值与最小值分别为________.
答案 20,4
解析 当 a 与 b 共线同向时,|a+b|max=20;当 a 与 b 共线反向时,|a+b|min=4.
三、解答题
13.如图所示,P,Q是△ABC的边 BC上两点,且 BP=QC.
A→求证: B →+AC=A→P A→+ Q.
证明 ∵A→P A→= B+B→P,A→Q A→= C+C→Q,
A→P A→Q A→B A→∴ + = + C+B→P →+CQ.
又∵BP →=QC且BP C→Q → →与 方向相反,∴BP+CQ=0,
A→P A→Q A→B A→C A→∴ + = + ,即 B+A→C=A→P →+AQ.
14.一艘船以 5 km/h 的速度向垂直于对岸方向行驶,航船实际航行方向与水流方向成 30°
角,求水流速度和船实际速度.
解
O→如图所示, A →表示水流速度,OB →表示船垂直于对岸的方向行驶的速度,OC表示船实际航行
的速度,∠AOC=30°,|O→B|=5..21-cn-jy.com
∵四边形 OACB为矩形,
→ →
|O→A| |AC| 5 3 |O→C| |OB|∴ = = , = =10,
tan 30° sin 30°
∴水流速度大小为 5 3 km/h,船实际速度为 10 km/h.
B 组 能力提升
一、选择题
1.如图所示,在正六边形 ABCDEF中,若 AB=1,则| + + |=( )
A.1 B.2 C.3 D.2 3
解析由题,可知 = ,所以| + + |=| + + |=| |=2.故选 B.
答案 B
2.如图所示,点 O是正六边形 ABCDEF 的中心,则OA OC OE ( )
A. 0 B.0 C. AE D. EA
答案:A
解析:∵OA OC OB,OB OE ,∴OA OC OE OB OE 0 ,故选 A.
3.若在△ABC中, AB a,BC b ,且 a b 1, a b 2 ,则△ABC的形状是( )
A.等边三角形 B.锐角三角形
C.斜三角形 D.等腰直角三角形
答案:D
解析:如图,∵ a b AB BC AC , AB BC 1, AC 2 ,∴△ABC为等腰直角三角形.
二、填空题
4.化简:( + )+( + )+ = .
答案
解析:( + )+( + )+ =( + )+ +( + )
= + + = +( + )= +0= .
5.如图,在△ABC中,D,E分别是 AB,AC上的点,F为线段 DE延长线上一点,DE∥BC,AB∥CF,
连接 CD,那么(在横线上只填一个向量):
(1) + = ;
(2) + = ;
(3) + + = .
答案
解析:如图,因为四边形 DFCB为平行四边形,由向量加法的运算法则得:
(1) + = + = .
(2) + = + = .
(3) + + = + + = .
6.已知点 G是△ABC → → →的重心,则GA+GB+GC=___________________.
答案 0
解析 如图所示,连接 AG并延长交 BC于 E点,点 E为 BC的中点,延长 AE到 D点,使
GE=ED,
→ → → →
则GB+GC=GD,GD+G→A=0,
∴G→A G→B →+ +GC=0.
7.已知向量 a,b的夹角为 60 , a 2, b 1 ,则 a 2b ___________.
答案: 2 3
2 2 2
解析: a 2b a 4a b 4 b 4 4 2 1 cos60 4 12 ,所以 a 2b 12 2 3 .
三、解答题
8.已知| |=|a|=3,| |=|b|=3,∠AOB=60°,求|a+b|.
解如图所示,因为| |=| |=3,∠AOB=60°,所以四边形OACB为菱形,连接OC,AB,则OC⊥AB,
设垂足为 D.因为∠AOB=60°,所以 AB=| |=3.
所以在 Rt△AOD中,OD=3 32 .
所以|a+b|=| |=3 32 ×2=3 3.
9. O → → →设 是△ABC内任一点,D,E,F分别为 AB,BC,CA的中点.证明:OA+OB+OC=
O→D+O→E →+OF.
证明
O→A O→D D→A O→B O→ →如图所示,因为 = + , = E+EB,
O→C O→= F+F→C,
→ → → → → → → → →
所以OA+OB+OC=OD+OE+OF+DA+EB+FC.
因为 D,E,F分别为各边的中点,
D→A E→B F→C 1(B→A → →所以 + + = +CB+AC)=0.
2
O→ →所以 A+OB → → → →+OC=OD+OE+OF.
10.在四川 5·12大地震后,一架救援直升飞机从 A地沿北偏东 60°方向飞行了 40 km到 B地,
再由 B地沿正北方向飞行 40 km 到达 C地,求此时直升飞机与 A地的相对位置.
解
→ → → → →
如图所示,设AB、BC分别是直升飞机两次位移,则AC表示两次位移的合位移,即AC=AB+
B→C,
Rt ABD |D→B| 20 km |A→在 △ 中, = , D|=20 3 km,
在 Rt△ACD中,
|A→C| →= |AD|2+|D→C|2=40 3 km,
∠CAD=60°,即此时直升飞机位于 A地北偏东 30°,且距离 A地 40 3 km处.6.2.1 平面向量的加法运算
导学案
【学习目标】
1.理解并掌握向量加法的概念,了解向量加法的物理意义及其几何意义.
2.掌握向量加法的三角形法则和平行四边形法则,并能熟练地运用这两个法则作两个向量的
加法运算.
3.了解向量加法的交换律和结合律,并能依据几何意义作图解释向量加法运算律的合理性.
【自主学习】
知识点 1 向量的加法法则
(1)三角形法则
→ →
如图所示,已知非零向量 a,b,在平面内任取一点 A,作AB=a,BC=b,则向量A→C叫
做 a 与 b 的和(或和向量),记作 a+b,即 a+b=A→B+B→C A→= C.上述求两个向量和的作
图法则,叫做向量加法的三角形法则.
对于零向量与任一向量 a 的和有 a+0=0+a=a.
(2)平行四边形法则
如图所示,已知两个不共线向量 a,b,作O→A=a,O→B=b,则 O、A、B三点不共线,
→
以 , 为邻边作 ,则以 O为起点的对角线上的向量OC=a+b,
这个法则叫做两个向量加法的平行四边形法则.
知识点 2 向量加法的运算律
(1)交换律:a+b=b+a.
(2)结合律:(a+b)+c=a+(b+c).
【合作探究】
探究一 向量的加法法则
【例 1】如图,已知向量 a、b,求作向量 a+b.
归纳总结:
【练习 1】(1)如图①所示,求作向量和 a+b.
(2)如图②所示,求作向量和 a+b+c.
探究二 向量的加法运算
【例 2-1】如图,在平行四边形 ABCD中,O是 AC和 BD的交点.
(1)A→B A→+ D=________;
(2)A→C+C→D →+DO=________;
(3)A→B+A→D C→+ D=________;
(4)A→C → →+BA+DA=________.
【例 2-2】化简:
(1)B→C A→+ B; (2)D→B+C→D+B→C (3)A→B →; +DF → → →+CD+BC+FA.
归纳总结:
(1) B→C A→B A→B D→F C→【练习 2-1】 化简:① + ;② + + D+B→C →+FA.
(2)如图,已知 O为正六边形 ABCDEF的中心,求下列向量:
→ → → → → →
①OA+OE; ②AO+AB; ③AE+AB.
(1)A→B C→D B→C. (2)(M→ → → →【练习2-1】化简: + + A+BN)+(AC+CB). (3)A→B+(B→D C→+ A) →+DC.
探究三 向量加法的应用
【例 3】用向量方法证明对角线互相平分的四边形是平行四边形.
归纳总结:
【练习 3】在平行四边形 ABCD的对角线 BD的延长线及反向延长线上,分别取点 F,E,
使 BE=DF(如图),用向量的方法证明四边形 AECF也是平行四边形.
探究四 向量加法的实际应用
【例 4】长江两岸之间没有大桥的地方,常常通过轮渡进行运输.如图所示,一艘船从长江
南岸 A点出发,以 5 3 km/h的速度向垂直于对岸的方向行驶,同时江水的速度为向东 5 km/h.
(1)试用向量表示江水速度、船速以及船实际航行的速度;
(2)求船实际航行的速度的大小与方向(用与江水速度方向间的夹角表示).
归纳总结:
【练习 4】某人在静水中游泳,速度为 4 3千米/小时,他在水流速度为 4千米/小时的河中
游泳.他必须朝哪个方向游,才能沿与水流垂直的方向前进?实际前进的速度大小为多少?
课后作业
A 组 基础题
一、选择题
1 ABCD A→C A→B A→.在四边形 中, = + D,则( )
A.ABCD一定是矩形 B.ABCD一定是菱形
C.ABCD一定是正方形 D.ABCD一定是平行四边形
2.下列等式不成立的是( )
A.0+a=a B.a+b=b+a
C.A→B+B→A=2B→A D.A→B →+BC=A→C
3.已知向量 a 表示“向东航行 1 km”,向量 b 表示“向南航行 1 km”,则 a+b 表示( )
A.向东南航行 2 km B.向东南航行 2 km
C.向东北航行 2 km D.向东北航行 2 km
4.如图,在平行四边形 ABCD中,O是对角线的交点,下列结论正确的是( )
A.A→B=C→D B→, C=A→D
B.A→D → →+OD=DA
C.A→O O→D A→+ = C+C→D
D.A→B B→C C→D D→+ + = A
5.a,b 为非零向量,且|a+b|=|a|+|b|,则( )
A.a∥b,且 a 与 b 方向相同
B.a,b 是共线向量且方向相反
C.a=b
D.a,b 无论什么关系均可
6.如图所示,在平行四边形 ABCD中,B→C+D→C →+BA等于( )
A.B→D B.D→B
C.B→C D.C→B
7.已知 O是△ABC D BC 2O→ →所在平面内一点, 为 边的中点,且 A+OB+O→C=0,那么( )
A.A→O O→D B.A→= O=2O→D
C.A→O=3O→D D → →.2AO=OD
8.如图,D、E、F分别是△ABC的边 AB、BC、CA的中点,则下列等式中错误的是( )
A.F→D D→+ A+D→E=0
B.A→D+B→E →+CF=0
C.F→D D→E A→ →+ + D=AB
D.A→D → → →+EC+FD=BD
9.设 M为平行四边形 ABCD对角线的交点,O为平行四边形 ABCD所在平面内任意一点,
则O→A O→B O→C O→+ + + D等于( )21
A.O→M B.2O→M C.3O→M D.4O→M
二、填空题
10 →.在平行四边形 ABCD中,BC+D→C B→+ A+D→A=________.
11.设 E是平行四边形 ABCD外一点,如图所示,化简下列各式:
(1)D→E E→+ A=________;
(2)B→E → →+AB+EA=______;
(3)D→E → →+CB+EC=________;
(4)B→A+D→B →+EC+A→E=________.
12.设|a|=8,|b|=12,则|a+b|的最大值与最小值分别为________.
三、解答题
13.如图所示,P,Q是△ABC的边 BC上两点,且 BP=QC.
求证:A→B →+AC=A→P →+AQ.
14.一艘船以 5 km/h 的速度向垂直于对岸方向行驶,航船实际航行方向与水流方向成 30°
角,求水流速度和船实际速度.
B 组 能力提升
一、选择题
1.如图所示,在正六边形 ABCDEF中,若 AB=1,则| + + |=( )
A.1 B.2 C.3 D.2 3
2.如图所示,点 O是正六边形 ABCDEF 的中心,则OA OC OE ( )
A. 0 B.0 C. AE D. EA
3.若在△ABC中, AB a,BC b ,且 a b 1, a b 2 ,则△ABC的形状是( )
A.等边三角形 B.锐角三角形
C.斜三角形 D.等腰直角三角形
二、填空题
4.化简:( + )+( + )+ = .
5.如图,在△ABC中,D,E分别是 AB,AC上的点,F为线段 DE延长线上一点,DE∥BC,AB∥CF,
连接 CD,那么(在横线上只填一个向量):
(1) + = ;
(2) + = ;
(3) + + = .
6 → → →.已知点 G是△ABC的重心,则GA+GB+GC=___________________.
7.已知向量 a,b的夹角为 60 , a 2, b 1 ,则 a 2b ___________.
三、解答题
8.已知| |=|a|=3,| |=|b|=3,∠AOB=60°,求|a+b|.
9. 设 O是△ABC内任一点,D,E,F分别为 AB,BC,CA的中点.
→
证明:OA O→B →+ +OC=O→D+O→E+O→F.
10.在四川 5·12大地震后,一架救援直升飞机从 A地沿北偏东 60°方向飞行了 40 km到 B地,
再由 B地沿正北方向飞行 40 km 到达 C地,求此时直升飞机与 A地的相对位置.