2025年高考数学一轮复习-5.3-平面向量的数量积及其应用(课件+导学案)

文档属性

名称 2025年高考数学一轮复习-5.3-平面向量的数量积及其应用(课件+导学案)
格式 zip
文件大小 9.1MB
资源类型 教案
版本资源 通用版
科目 数学
更新时间 2024-07-15 23:39:26

文档简介

(共29张PPT)
第五章 
平面向量、复数
第3课时 平面向量的数量积及其应用
考试
要求
理解平面向量数量积的含义及其物理意义.
了解平面向量的数量积与向量投影的关系.
掌握数量积的坐标表达式,会进行平面向量数量积的运算.
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.
会用向量的方法解决某些简单的平面几何问题.
链接教材 夯基固本
1.向量的夹角
已知两个非零向量a,b,O是平面上的任意一点,作=a,=b,则∠AOB=θ就是向量a与b的夹角,向量夹角的取值范围是________.
当________时,a与b垂直,记作a⊥b;
当_____时,a与b共线且同向;
当_____时,a与b共线且反向.
2.平面向量的数量积
定义:已知两个非零向量a与b,它们的夹角为θ,则数量__________叫做向量a与b的数量积(或内积),记作a·b,即a·b=|a||b|cos θ.
规定:0·a= __.
[0,π]
θ=
θ=0
θ=π
|a||b|cos θ
0
3.投影向量
设a,b是两个非零向量,它们的夹角是θ,e是与b方向相同的单位向量,=a,=b,过的起点A和终点B,分别作所在直线的垂线,垂足分别为A1,B1,得到,我们称上述变换为向量a向向量b____,叫做向量a在向量b上的________,记为____________.
提醒:设a,b是非零向量,它们的夹角为θ,则a在b上的投影向量为|a|cos θ=.
投影
投影向量
|a|cos θ e
4.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.
5.平面向量数量积的性质及其坐标表示
设非零向量a=(x1,y1),b=(x2,y2),θ为向量a,b的夹角.
(1)数量积:a·b=|a||b|cos θ=___________.
(2)模:|a|==.
(3)夹角:cos θ==.
(4)a⊥b的充要条件:a·b=0 _____________.
(5)|a·b|≤|a||b|(当且仅当a∥b时等号成立).
x1x2+y1y2
x1x2+y1y2=0
6.平面几何中的向量方法
(1)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关系;
(3)把运算结果“翻译”成几何关系.
[常用结论]
1.平面向量数量积运算的常用公式
(1)(a+b)·(a-b)=a2-b2;
(2)(a±b)2=a2±2a·b+b2;
(3)a·b=[(a+b)2-(a-b)2](该式又称作极化恒等式).
2.有关向量夹角的两个结论
两个向量a,b的夹角为锐角 a·b>0且a,b不共线;
两个向量a,b的夹角为钝角 a·b<0且a,b不共线.
一、易错易混辨析(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)两个向量的夹角的取值范围是. (  )
(2)两个向量的数量积是一个实数. (  )
(3)若a·b=a·c,则b=c. (  )
(4)(a·b)c=a(b·c). (  )
×

×
×
二、教材经典衍生
1.(人教A版必修第二册P36练习T1改编)已知a=(3,4),b=(5,12),则a与b夹角的余弦值为(  )
A.  B.  C.  D.
A [|a|==5,|b|==13,a·b=3×5+4×12=63.
设a与b的夹角为θ,则cos θ==.]
2.(人教A版必修第二册P20练习T3改编)若a·b=-6,|a|=8,与a方向相同的单位向量为e,则向量b在向量a上的投影向量为________.
-e [向量b在向量a上的投影向量为e=-e.]

-e 
3.(人教A版必修第二册P23习题6.2T11改编)已知向量a,b的夹角为60°,|a|=2,|b|=1,则|a+2b|=________.
2 [a·b=|a||b|cos 60°=1,|a+2b|===2.]
4.(人教A版必修第二册P24习题6.2T24改编)如图,在⊙C中,弦AB的长度为4,则·=________.
8 [取AB的中点M,连接CM(图略),则CM⊥AB,=,所以=||||·cos∠BAC=||||=||2=8.]
2 
8 
典例精研 核心考点
考点一 平面向量数量积的运算
[典例1] (1)(2024·吉林四平模拟)已知向量a,b满足|a|=2,|b|=,且a与b的夹角为,则(a+b)·(2a-b)=(  )
A.6   B.8   C.10   D.14
(2)已知正方形ABCD的边长为1,点E是AB边上的动点,则的值为________,的最大值为________.

1
1
[四字解题]
读 想 算 思
正方形ABCD且E是AB边上的动点; 求的最大值 数量积的求解方法 投影法 数量积的几何意义 数形结合
基向量法 数量积的运算 三角形法则
坐标法 建系,求相关点的坐标,建立函数 几何问题代数化,函数思想
(1)B (2)1 1 [(1)由|a|=2,|b|=,且a与b的夹角为,所以(a+b)·(2a-b)=2a2+a·b-b2=2|a|2+|a|·|b|cos -|b|2=2×22+2×=8.故选B.
(2)法一(投影法):设向量的夹角为θ,则·=·=||·||cos θ,由图可知,||cos θ=||,所以原式等于
||2=1.要使·最大,只要使向量在向量上的
投影向量的长度达到最大即可,因为在向量上的投影
向量的长度最大为||=1,所以(·)max=||2=1.
法二(基向量法):因为=且⊥,所以=()·=||2=1,=()·==||||=||,所以要使最大,只要||最大即可,显然随着E点在AB边上移动,||max=1,故()max=1.
法三(坐标法):以D为坐标原点,DC与DA所在直线分别为x,y轴,建立平面直角坐标系,如图所示,可知E(x,1),0≤x≤1,所以=(x,1),=(0,1),可得=1.因为=(1,0),所以=x,因为0≤x≤1,所以()max=1.]
【教师备选资源】
(2023·陕西榆林一模)在平行四边形ABCD中,AB=2AD=4,∠BAD=60°,=2=2,则=(  )
A.4  B.  C.  D.3
B [如图所示,在平行四边形ABCD中,∵=2=2,
∴====,
∴==-+,又AB=2AD=4,∠BAD=60°,∴||2=16,||2=4,=4×2×cos 60°=4,∴=.故选B.]

名师点评 计算平面向量数量积的主要方法
(1)利用定义:a·b=|a||b|cos〈a,b〉.
(2)利用坐标运算,若a=(x1,y1),b=(x2,y2),则a·b=x1x2+y1y2.
(3)利用基底法求数量积.
(4)灵活运用平面向量数量积的几何意义.
[跟进训练]
1.(1)已知△ABC是边长为1的正三角形,=2=2,则·=(  )
A.   B.   C.   D.1
(2)(2024·山东济南模拟)已知向量a=(1,2),b=(2,-2),则a·b=________,a在b上的投影向量是___________.
(1)A (2)-2  [(1)由=2,可知E为BC中点,所以AE⊥BC,AE=.在向量上的投影向量为,所以=||2=.
(2)∵a=(1,2),b=(2,-2),∴a·b=1×2+2×(-2)=-2,∵|a|==,|b|==2,设向量a,b的夹角为θ,∴cos θ===-,则a在b上的投影向量是|a|cos θ·=(2,-2)=.]

-2 
  
考点二 平面向量数量积的应用
考向1 求向量的模
[典例2] (2023·新高考Ⅱ卷)已知向量a,b满足|a-b|=,|a+b|=|2a-b|,则|b|=________.
 [由|a-b|=,得a2-2a·b+b2=3,即2a·b=a2+b2-3.由|a+b|=|2a-b|,得a2+2a·b+b2=4a2-4a·b+b2,整理得,a2-2a·b=0,所以a2-(a2+b2-3)=0,所以b2=3,所以|b|=.]
 
考向2 向量的夹角问题
[典例3] (1)若e1,e2是夹角为的两个单位向量,则a=2e1+e2与b=-3e1+2e2的夹角为(  )
A.   B.
C.   D.
(2)若向量a=(k,3),b=(1,4),c=(2,1),已知2a-3b与c的夹角为钝角,则k的取值范围是_____________________.

 
(1)C (2) [(1)由题意可得e1·e2=1×1×cos =,故a·b=(2e1+e2)·(-3e1+2e2)==-6++2=-,|a|===,|b|===,
故cos〈a,b〉===-,由于〈a,b〉∈[0,π],故〈a,b〉=.
(2)因为2a-3b与c的夹角为钝角,所以(2a-3b)·c<0,即(2k-3,-6)·(2,1)<0,
所以4k-6-6<0,所以k<3.若2a-3b与c反向共线,则=-6,解得k=-,此时夹角不是钝角,综上所述,k的取值范围是∪.]
考向3 向量的垂直问题
[典例4] (2023·新高考Ⅰ卷)已知向量a=(1,1),b=(1,-1).若(a+λb)⊥(a+μb),则(  )
A.λ+μ=1   B.λ+μ=-1
C.λμ=1   D.λμ=-1
D [因为a=(1,1),b=(1,-1),所以a+λb=(1+λ,1-λ),a+μb=(1+μ,1-μ),由(a+λb)⊥(a+μb)可得,(a+λb)·(a+μb)=0,即(1+λ)(1+μ)+(1-λ)(1-μ)=0,整理得λμ=-1.故选D.]

名师点评 1.求平面向量模的方法
(1)若a=(x,y),利用公式|a|=.
(2)利用|a|=.
2.求平面向量的夹角的方法
(1)定义法:cos θ=,θ的取值范围为[0,π].
(2)坐标法:若a=(x1,y1),b=(x2,y2),则cos θ=.
(3)解三角形法:把两向量放到同一三角形中.
[跟进训练]
2.(多选)(2024·烟台模拟)已知点A(1,2),B(3,1),C(4,m+1)(m∈R),则下列说法正确的是(  )
A.||=
B.若⊥,则m=-2
C.若∥,则m=-
D.若的夹角为锐角,则m<2且m≠-


AC [因为A(1,2),B(3,1),C(4,m+1)(m∈R),
所以=(2,-1),=(1,m)(m∈R),
选项A:||==,故A正确;
选项B:因为⊥,所以·=0,所以2-m=0,即m=2,所以B错误;
选项C:因为∥,所以2×m=(-1)×1,所以m=-,所以C正确;
选项D:因为的夹角为锐角,且=(-2,1),
所以解得m>2,所以D错误.故选AC.]
考点三 平面向量的应用
[典例5] (多选)在日常生活中,我们会看到如图所示的情境,两个人共提一个行李包.假设行李包所受重力为G,作用在行李包上的两个拉力分别为,且|=与的夹角为θ.给出以下结论,其中正确的是(  )
A.θ越大越费力,θ越小越省力
B.θ的取值范围为[0,π]
C.当θ=时,|=|G|
D.当θ=时|=|G|


AD [对于A,由G=-(F1+F2),所以|G|2=|F1|2+|F2|2+2|F1||F2|cos θ=2|F1|2(1+cos θ),解得|F1|2=.由题意知θ∈(0,π)时,y=cos θ单调递减,所以|F1|2单调递增,即θ越大越费力,θ越小越省力,A正确;对于B,由题意知,θ的取值范围是(0,π),故B错误;对于C,当θ=时,|F1|2=,所以|F1|=|G|,故C错误;对于D,当θ=时,|F1|2=|G|2,所以|F1|=|G|,故D正确.故选AD.]
名师点评
用向量方法解决平面几何(物理)问题的步骤
[跟进训练]
3.长江流域内某地南北两岸平行,如图所示,已知游船在静水中的航行速度v1的大小|v1|=10 km/h,水流的速度v2的大小|v2|=4 km/h,设v1和v2所成的角为θ(0<θ<π),若游船要从A航行到正北方向上位于北岸的码头B处,则cos θ等于(  )
A.-   B.-
C.-   D.-

B [由题意知(v1+v2)·v2=0,有=0,即10×4cos θ+42=0,所以cos θ=-.]
THANKS5.3-平面向量的数量积及其应用-讲义
[考试要求] 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.5.会用向量的方法解决某些简单的平面几何问题.
1.向量的夹角
已知两个非零向量a,b,O是平面上的任意一点,作=a,=b,则∠AOB=θ就是向量a与b的夹角,向量夹角的取值范围是__________.
当____时,a与b垂直,记作a⊥b;
当______时,a与b共线且同向;
当______时,a与b共线且反向.
2.平面向量的数量积
定义:已知两个非零向量a与b,它们的夹角为θ,则数量___________叫做向量a与b的数量积(或内积),记作a·b,即a·b=|a||b|cos θ.
规定:0·a=__.
3.投影向量
设a,b是两个非零向量,它们的夹角是θ,e是与b方向相同的单位向量,=a,=b,过的起点A和终点B,分别作所在直线的垂线,垂足分别为A1,B1,得到,我们称上述变换为向量a向向量b____,叫做向量a在向量b上的________,记为____________________.
提醒:设a,b是非零向量,它们的夹角为θ,则a在b上的投影向量为|a|cos θ=.
4.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.
5.平面向量数量积的性质及其坐标表示
设非零向量a=(x1,y1),b=(x2,y2),θ为向量a,b的夹角.
(1)数量积:a·b=|a||b|cos θ=__________________.
(2)模:|a|==.
(3)夹角:cos θ==.
(4)a⊥b的充要条件:a·b=0 ______________________.
(5)|a·b|≤|a||b|(当且仅当a∥b时等号成立).
6.平面几何中的向量方法
(1)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关系;
(3)把运算结果“翻译”成几何关系.
[常用结论]
1.平面向量数量积运算的常用公式
(1)(a+b)·(a-b)=a2-b2;
(2)(a±b)2=a2±2a·b+b2;
(3)a·b=[(a+b)2-(a-b)2](该式又称作极化恒等式).
2.有关向量夹角的两个结论
两个向量a,b的夹角为锐角 a·b>0且a,b不共线;
两个向量a,b的夹角为钝角 a·b<0且a,b不共线.
一、易错易混辨析(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)两个向量的夹角的取值范围是. (  )
(2)两个向量的数量积是一个实数. (  )
(3)若a·b=a·c,则b=c. (  )
(4)(a·b)c=a(b·c). (  )
二、教材经典衍生
1.(人教A版必修第二册P36练习T1改编)已知a=(3,4),b=(5,12),则a与b夹角的余弦值为(  )
A.  B.  C.  D.
2.(人教A版必修第二册P20练习T3改编)若a·b=-6,|a|=8,与a方向相同的单位向量为e,则向量b在向量a上的投影向量为________.
3.(人教A版必修第二册P23习题6.2T11改编)已知向量a,b的夹角为60°,|a|=2,|b|=1,则|a+2b|=________.
4.(人教A版必修第二册P24习题6.2T24改编)如图,在⊙C中,弦AB的长度为4,则=________.
考点一 平面向量数量积的运算
[典例1] (1)(2024·吉林四平模拟)已知向量a,b满足|a|=2,|b|=,且a与b的夹角为,则(a+b)·(2a-b)=(  )
A.6   B.8   C.10   D.14
(2)已知正方形ABCD的边长为1,点E是AB边上的动点,则的值为________,的最大值为________.
[四字解题]
读 想 算 思
正方形ABCD且E是AB边上的动点; 求的最大值 数量积的求解方法 投影法 数量积的几何意义 数形结合
基向量法 数量积的运算 三角形法则
坐标法 建系,求相关点的坐标,建立函数 几何问题代数化,函数思想
 计算平面向量数量积的主要方法
(1)利用定义:a·b=|a||b|cos〈a,b〉.
(2)利用坐标运算,若a=(x1,y1),b=(x2,y2),则a·b=x1x2+y1y2.
(3)利用基底法求数量积.
(4)灵活运用平面向量数量积的几何意义.
[跟进训练]
1.(1)已知△ABC是边长为1的正三角形,=2=2,则=(  )
A.   B.   C.   D.1
(2)(2024·山东济南模拟)已知向量a=(1,2),b=(2,-2),则a·b=________,a在b上的投影向量是________.
考点二 平面向量数量积的应用
 求向量的模
[典例2] (2023·新高考Ⅱ卷)已知向量a,b满足|a-b|=,|a+b|=|2a-b|,则|b|=________.
[听课记录]                              
                                   
                                   
                                   
 向量的夹角问题
[典例3] (1)若e1,e2是夹角为的两个单位向量,则a=2e1+e2与b=-3e1+2e2的夹角为(  )
A.   B.
C.   D.
(2)若向量a=(k,3),b=(1,4),c=(2,1),已知2a-3b与c的夹角为钝角,则k的取值范围是________.
 向量的垂直问题
[典例4] (2023·新高考Ⅰ卷)已知向量a=(1,1),b=(1,-1).若(a+λb)⊥(a+μb),则(  )
A.λ+μ=1   B.λ+μ=-1
C.λμ=1   D.λμ=-1
[听课记录]                              
                                   
                                   
                                   
 1.求平面向量模的方法
(1)若a=(x,y),利用公式|a|=.
(2)利用|a|=.
2.求平面向量的夹角的方法
(1)定义法:cos θ=,θ的取值范围为[0,π].
(2)坐标法:若a=(x1,y1),b=(x2,y2),则cos θ=.
(3)解三角形法:把两向量放到同一三角形中.
[跟进训练]
2.(多选)(2024·烟台模拟)已知点A(1,2),B(3,1),C(4,m+1)(m∈R),则下列说法正确的是(  )
A.||=
B.若⊥,则m=-2
C.若∥,则m=-
D.若的夹角为锐角,则m<2且m≠-
考点三 平面向量的应用
[典例5] (多选)在日常生活中,我们会看到如图所示的情境,两个人共提一个行李包.假设行李包所受重力为G,作用在行李包上的两个拉力分别为,且|=与的夹角为θ.给出以下结论,其中正确的是(  )
A.θ越大越费力,θ越小越省力
B.θ的取值范围为[0,π]
C.当θ=时,|=|G|
D.当θ=时|=|G|
[听课记录]                              
                                   
                                   
用向量方法解决平面几何(物理)问题的步骤
[跟进训练]
3.长江流域内某地南北两岸平行,如图所示,已知游船在静水中的航行速度v1的大小|v1|=10 km/h,水流的速度v2的大小|v2|=4 km/h,设v1和v2所成的角为θ(0<θ<π),若游船要从A航行到正北方向上位于北岸的码头B处,则cos θ等于(  )
A.-   B.-
C.-   D.-
参考答案
梳理·必备知识
1.[0,π] θ= θ=0 θ=π
2.|a||b|cos θ 0
3.投影 投影向量 |a|cos θ e
5.(1)x1x2+y1y2 (2)
(3) (4)x1x2+y1y2=0
激活·基本技能
一、(1)× (2)√ (3)× (4)×
二、1.A [|a|==5,|b|==13,
a·b=3×5+4×12=63.
设a与b的夹角为θ,则cos θ=.]
2.-e [向量b在向量a上的投影向量为e=-e.]
3.2 [a·b=|a||b|cos 60°=1,|a+2b|==2.]
4.8 [取AB的中点M,连接CM(图略),则CM⊥AB,·=||||·cos∠BAC=||||=||2=8.]
考点一
典例1 (1)B (2)1 1 [(1)由|a|=2,|b|=,且a与b的夹角为,所以(a+b)·(2a-b)=2a2+a·b-b2=2|a|2+|a|·|b|cos-|b|2=2×22+2××=8.故选B.
(2)法一(投影法):设向量的夹角为θ,则··=||·||cos θ,由图可知,||cos θ=||,所以原式等于||2=1.要使·上的投影向量的长度最大为||=1,所以(·)max=||2=1.
法二(基向量法):因为⊥·=()·=||2=1,·=()··=||||=||,所以要使·最大,只要||最大即可,显然随着E点在AB边上移动,||max=1,故(·)max=1.
法三(坐标法):以D为坐标原点,DC与DA所在直线分别为x,y轴,建立平面直角坐标系,如图所示,可知E(x,1),0≤x≤1,所以=(x,1),=(0,1),可得·=1.因为=(1,0),所以·=x,因为0≤x≤1,所以(·)max=1.]
跟进训练
1.(1)A (2)-2  [(1)由=2,可知E为BC中点,
所以AE⊥BC,AE=.

所以·=||2=.
(2)∵a=(1,2),b=(2,-2),
∴a·b=1×2+2×(-2)=-2,
∵|a|=,|b|==2,设向量a,b的夹角为θ,∴cos θ==-,则a在b上的投影向量是|a|·cos θ·××(2,-2)=.]
考点二
考向1 典例2  [由|a-b|=,得a2-2a·b+b2=3,即2a·b=a2+b2-3.由|a+b|=|2a-b|,得a2+2a·b+b2=4a2-4a·b+b2,整理得,a2-2a·b=0,所以a2-(a2+b2-3)=0,所以b2=3,所以|b|=.]
考向2 典例3 (1)C (2)∪ [(1)由题意可得e1·e2=1×1×cos ,
故a·b=(2e1+e2)·(-3e1+2e2)=-6+e1·e2+2=-6++2=-,|a|=,|b|=,
故cos〈a,b〉==-,
由于〈a,b〉∈[0,π],故〈a,b〉=.
(2)因为2a-3b与c的夹角为钝角,
所以(2a-3b)·c<0,即(2k-3,-6)·(2,1)<0,
所以4k-6-6<0,所以k<3.若2a-3b与c反向共线,则=-6,解得k=-,此时夹角不是钝角,综上所述,k的取值范围是-∞,-∪-,3.]
考向3 典例4 D [因为a=(1,1),b=(1,-1),所以a+λb=(1+λ,1-λ),a+μb=(1+μ,1-μ),由(a+λb)⊥(a+μb)可得,(a+λb)·(a+μb)=0,即(1+λ)(1+μ)+(1-λ)(1-μ)=0,整理得λμ=-1.故选D.]
跟进训练
2.AC [因为A(1,2),B(3,1),C(4,m+1)(m∈R),
所以=(2,-1),=(1,m)(m∈R),
选项A:||=,故A正确;
选项B:因为⊥·=0,所以2-m=0,即m=2,所以B错误;
选项C:因为∥,所以2×m=(-1)×1,所以m=-,所以C正确;
选项D:因为=(-2,1),
所以解得m>2,所以D错误.故选AC.]
考点三
典例5 AD [对于A,由G=-(F1+F2),所以|G|2=|F1|2+|F2|2+2|F1||F2|cos θ=2|F1|2(1+cos θ),解得|F1|2=.由题意知θ∈(0,π)时,y=cos θ单调递减,所以|F1|2单调递增,即θ越大越费力,θ越小越省力,A正确;对于B,由题意知,θ的取值范围是(0,π),故B错误;对于C,当θ=时,|F1|2=,所以|F1|=|G|,故C错误;对于D,当θ=时,|F1|2=|G|2,所以|F1|=|G|,故D正确.故选AD.]
跟进训练
3.B [由题意知(v1+v2)·v2=0,有|v1||v2|·cos θ+=0,即10×4cos θ+42=0,所以cos θ=-.]
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