2025年高考数学一轮复习-6.3-平面向量的数量积及应用(课件+专项训练)(含解析)

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名称 2025年高考数学一轮复习-6.3-平面向量的数量积及应用(课件+专项训练)(含解析)
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资源类型 教案
版本资源 通用版
科目 数学
更新时间 2024-07-30 22:24:22

文档简介

6.3-平面向量的数量积及应用-专项训练【原卷版】
1.向量a=(1,2),b=(x,1).若(a+b)⊥(a-b),则x=(  )
A.-2   B.±   C.±2   D.2
2.已知向量a,b满足|a|=|b|=|a-b|=1,则|2a+b|=(  )
A.3           B.
C.7 D.
3.在水流速度10 km/h的自西向东的河中,如果要使船以10 km/h的速度从河的南岸垂直到达北岸,则船出发时行驶速度的方向和大小为(  )
A.北偏西30°,20 km/h
B.北偏西60°,10 km/h
C.北偏东30°,10 km/h
D.北偏东60°,20 km/h
4.在平面直角坐标系xOy中,已知向量与关于y轴对称,向量a=(1,0),则满足不等式2+a·≤0的点A(x,y)构成的集合用阴影表示为(  )
5.(多选)设a,b,c是任意的非零平面向量,且相互不共线,则下列命题中的真命题是(  )
A.(a·b)c-(c·a)b=0
B.|a|-|b|<|a-b|
C.(b·c)a-(a·c)b不与c垂直
D.(3a+2b)·(3a-2b)=9|a|2-4|b|2
6.(多选)已知平面向量a=(1,2),b=(-2,1),c=(2,t),下列说法正确的是(  )
A.若(a+b)∥c,则t=6
B.若(a+b)⊥c,则t=
C.若t=1,则cos〈a,c〉=
D.|a+c|<3
7.在四边形ABCD中,=(3,-1),=(2,m),⊥,则该四边形的面积是________.
8.已知向量a,b,其中|a|=,|b|=2,且(a-b)⊥a,则向量a和b的夹角是________,a·(a+b)=________.
9.已知平行四边形ABCD中,AB=3,AD=4,∠BAD=,平面内动点E,满足|ED|=2|EC|,则(-)·的取值范围为________.
10.在如图所示的平面直角坐标系中,已知点A(1,0)和点B(-1,0),||=1,且∠AOC=θ,其中O为坐标原点.
(1)若θ=,设点D为线段OA上的动点,求|+|的最小值;
(2)若θ∈,向量m=,n=(1-cos θ,sin θ-2cos θ),求m·n的最小值及对应的θ值.
11.(多选)引入平面向量之间的一种新运算“ ”如下:对任意的向量m=(x1,y1),n=(x2,y2),规定m n=x1x2-y1y2,则对于任意的向量a,b,c,下列说法正确的有(  )
A.a b=b a B.(λa) b=λ(a b)
C.a·(b c)=(a b)·c D.|a|·|b|≥|a b|
12.骑自行车是一种能有效改善心肺功能的耐力性有氧运动,深受大众喜爱,如图是某一自行车的平面结构示意图,已知图中的圆A(前轮),圆D(后轮)的半径均为,△ABE,△BEC,△ECD均是边长为4的等边三角形.设点P为后轮上的一点,则在骑动该自行车的过程中,·的最大值为(  )
A.8 B.2
C.4 D.4
13.已知平面向量a=(,),则与a夹角为45°的一个非零向量b的坐标可以为________.(写出满足条件的一个向量即可)
14.在梯形ABCD中,AB∥CD,∠A=90°,AB=2CD=3,AD=2,若EF在线段AB上运动,且EF=1,则·的最小值为________.
15.如图所示,在矩形ABCD中,AB=2,AD=1,分别将边BC与DC等分成8份,并将等分点自下而上依次记作E1,E2,…,E7,自左到右依次记作F1,F2,…,F7,满足·≤2(其中i,j∈N*,1≤i,j≤7)的有序数对(i,j)共有________对.
16.已知平面上一定点C(2,0)和直线l:x=8,P为该平面上一动点,作PQ⊥l,垂足为Q,且eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(+\f(1,2) ))·eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(1,2)))=0.
(1)求动点P的轨迹方程;
(2)若EF为圆N:x2+(y-1)2=1的任一条直径,求·的最值.
6.3-平面向量的数量积及应用-专项训练【解析版】
1.向量a=(1,2),b=(x,1).若(a+b)⊥(a-b),则x=(  )
A.-2   B.±   C.±2   D.2
解析:C 法一:a+b=(1+x,3),a-b=(1-x,1),因为(a+b)⊥(a-b),所以(a+b)·(a-b)=0,即(1+x)(1-x)+3=0,解得x=±2.
法二:因为(a+b)⊥(a-b),所以(a+b)·(a-b)=0,所以a2-b2=0,所以|a|=|b|,所以x=±2.故选C.
2.已知向量a,b满足|a|=|b|=|a-b|=1,则|2a+b|=(  )
A.3           B.
C.7 D.
解析:D 由已知可得|a-b|2=a2-2a·b+b2=2-2a·b=1,则a·b=,因此,|2a+b|===.故选D.
3.在水流速度10 km/h的自西向东的河中,如果要使船以10 km/h的速度从河的南岸垂直到达北岸,则船出发时行驶速度的方向和大小为(  )
A.北偏西30°,20 km/h
B.北偏西60°,10 km/h
C.北偏东30°,10 km/h
D.北偏东60°,20 km/h
解析:A 如图,船从点O出发,沿方向行驶才能垂直到达对岸,||=10,||=10,则||==20,则cos∠BOC=eq \f(||,||)=,因为∠BOC为锐角,故∠BOC=30°,故船以20 km/h的速度,以北偏西30°的方向行驶,才能垂直到达对岸.故选A.
4.在平面直角坐标系xOy中,已知向量与关于y轴对称,向量a=(1,0),则满足不等式2+a·≤0的点A(x,y)构成的集合用阴影表示为(  )
解析:B ∵A(x,y),向量与关于y轴对称,∴B(-x,y),=(-2x,0).∵2+a·≤0,∴x2+y2-2x=(x-1)2+y2-1≤0,故满足要求的点A(x,y)在以(1,0)为圆心,1为半径的圆上以及圆的内部.故选B.
5.(多选)设a,b,c是任意的非零平面向量,且相互不共线,则下列命题中的真命题是(  )
A.(a·b)c-(c·a)b=0
B.|a|-|b|<|a-b|
C.(b·c)a-(a·c)b不与c垂直
D.(3a+2b)·(3a-2b)=9|a|2-4|b|2
解析:BD 由于b,c是不共线的向量,因此(a·b)c与(c·a)b相减的结果应为向量,故A错误;由于a,b不共线,故a,b,a-b构成三角形,因此B正确;由于[(b·c)a-(c·a)b]·c=(b·c)(a·c)-(c·a)·(b·c)=0,故C中两向量垂直,故C错误;根据向量数量积的运算可以得出D是正确的.故选B、D.
6.(多选)已知平面向量a=(1,2),b=(-2,1),c=(2,t),下列说法正确的是(  )
A.若(a+b)∥c,则t=6
B.若(a+b)⊥c,则t=
C.若t=1,则cos〈a,c〉=
D.|a+c|<3
解析:BC a+b=(-1,3),若(a+b)∥c,则-t-6=0,所以t=-6,故A错误;
若(a+b)⊥c,则-2+3t=0,所以t=,故B正确;
若t=1,则cos〈a,c〉===,故C正确;
a+c=(3,t+2),则|a+c|=≥3,故D错误.故选B、C.
7.在四边形ABCD中,=(3,-1),=(2,m),⊥,则该四边形的面积是________.
解析:由题意,向量=(3,-1),=(2,m),由⊥,可得·=3×2+(-1)×m=0,解得m=6,所以四边形的面积为||·||= ·=10.
答案:10
8.已知向量a,b,其中|a|=,|b|=2,且(a-b)⊥a,则向量a和b的夹角是________,a·(a+b)=________.
解析:由题意,设向量a,b的夹角为θ,因为|a|=,|b|=2,且(a-b)⊥a,所以(a-b)·a=|a|2-a·b=|a|2-|a||b|cos θ=3-2·cos θ=0,解得cos θ=.又因为0≤θ≤π,所以θ=,则a·(a+b)=|a|2+|a|·|b|·cos θ=3+2×=6.
答案: 6
9.已知平行四边形ABCD中,AB=3,AD=4,∠BAD=,平面内动点E,满足|ED|=2|EC|,则(-)·的取值范围为________.
解析:∵平行四边形ABCD中,AB=3,AD=4,∠BAD=,∴建立如图所示的坐标系,则A(0,0),B(3,0),C(5,2),D(2,2),设E(x,y),∵平面内动点E满足|ED|=2|EC|,∴(x-2)2+(y-2)2=4[(x-5)2+(y-2)2],即(x-6)2+(y-2)2=4,∴(x-6)2≤4 4≤x≤8,∴(-)·=·=(3,0)·(x,y)=3x∈[12,24].
答案:[12,24]
10.在如图所示的平面直角坐标系中,已知点A(1,0)和点B(-1,0),||=1,且∠AOC=θ,其中O为坐标原点.
(1)若θ=,设点D为线段OA上的动点,求|+|的最小值;
(2)若θ∈,向量m=,n=(1-cos θ,sin θ-2cos θ),求m·n的最小值及对应的θ值.
解:(1)设D(t,0)(0≤t≤1),由题意知C,
所以+=,所以|+|2=2+(0≤t≤1),
所以当t=时,|+|最小,最小值为.
(2)由题意得C(cos θ,sin θ),m==(cos θ+1,sin θ),
则m·n=1-cos2θ+sin2θ-2sin θcos θ
=1-cos 2θ-sin 2θ=1-sin,
因为θ∈,所以≤2θ+≤,
所以当2θ+=,即θ=时,sin取得最大值1,即m·n取得最小值1-.
所以m·n的最小值为1-,此时θ=.
11.(多选)引入平面向量之间的一种新运算“ ”如下:对任意的向量m=(x1,y1),n=(x2,y2),规定m n=x1x2-y1y2,则对于任意的向量a,b,c,下列说法正确的有(  )
A.a b=b a B.(λa) b=λ(a b)
C.a·(b c)=(a b)·c D.|a|·|b|≥|a b|
解析:ABD 设a=(x1,y1),b=(x2,y2),c=(x3,y3).A项,因为a b=x1x2-y1y2,b a=x2x1-y2y1,所以a b=b a,故正确;
B项,因为(λa) b=(λx1)x2-(λy1)y2=λ(x1x2-y1y2)=λ(a b),故正确;
C项,a·(b c)=(x2x3-y2y3)a,(a b)·c=(x1x2-y1y2)c,此时a·(b c)=(a b)·c不恒成立,故错误;
D项,因为(|a|·|b|)2=( ·)2=xx+yy+xy+xy,|a b|2=xx+yy-2x1x2y1y2,所以(|a|·|b|)2-|a b|2=xy+xy+2x1x2y1y2=(x1y2+x2y1)2≥0,所以(|a|·|b|)2-|a b|2≥0,且|a|·|b|≥0,|a b|≥0,所以|a|·|b|≥|a b|,故正确,故选A、B、D.
12.骑自行车是一种能有效改善心肺功能的耐力性有氧运动,深受大众喜爱,如图是某一自行车的平面结构示意图,已知图中的圆A(前轮),圆D(后轮)的半径均为,△ABE,△BEC,△ECD均是边长为4的等边三角形.设点P为后轮上的一点,则在骑动该自行车的过程中,·的最大值为(  )
A.8 B.2
C.4 D.4
解析:C 以D为坐标原点,AD为x轴,过D作AD的垂线为y轴,建立如图所示的平面直角坐标系,
则A(-8,0),B(-6,2),C(-2,2).圆D的方程为x2+y2=3,可设P(cos α,sin α),所以=(2,2),=(cos α+6,sin α-2).故·=2cos α+12+6sin α-12=4sin≤4.故选C.
13.已知平面向量a=(,),则与a夹角为45°的一个非零向量b的坐标可以为________.(写出满足条件的一个向量即可)
解析:设b=(x,y),∴a·b=x+y=··,∴=x+y,∴xy=0,且b为非零向量,∴x=1,y=0满足题意,∴b=(1,0).
答案:(1,0)(答案不唯一,满足b=(x,y),xy=0且x2+y2≠0的任意一个均可)
14.在梯形ABCD中,AB∥CD,∠A=90°,AB=2CD=3,AD=2,若EF在线段AB上运动,且EF=1,则·的最小值为________.
解析:如图所示,以A为原点,为x轴正方向,为y轴正方向建立平面直角坐标系,则A(0,0),B(3,0),C,D(0,2),不妨设E(t,0),F(t+1,0)(0≤t≤2),则=,=,∴·=·=×+4=(t-1)2+(t∈[0,2]),∴·的最小值为,当且仅当t=1时取得.
答案:
15.如图所示,在矩形ABCD中,AB=2,AD=1,分别将边BC与DC等分成8份,并将等分点自下而上依次记作E1,E2,…,E7,自左到右依次记作F1,F2,…,F7,满足·≤2(其中i,j∈N*,1≤i,j≤7)的有序数对(i,j)共有________对.
解析:以A为原点,直线AB为x轴,直线AD为y轴建立平面直角坐标系(图略),则Ei,Fj(其中i,j∈N*,1≤i,j≤7),由·≤2得+≤2,即i+4j≤16.当j=1,2时,i=1,2,…,7,共2×7=14对;当j=3时,i=1,2,3,4,共4对,故满足题意的有序数对(i,j)共有18对.
答案:18
16.已知平面上一定点C(2,0)和直线l:x=8,P为该平面上一动点,作PQ⊥l,垂足为Q,且eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(+\f(1,2) ))·eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(1,2)))=0.
(1)求动点P的轨迹方程;
(2)若EF为圆N:x2+(y-1)2=1的任一条直径,求·的最值.
解:(1)设P(x,y),则Q(8,y).
由eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(+\f(1,2) ))·eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(1,2) ))=0,
得||2-||2=0,
即(x-2)2+y2-(x-8)2=0,化简,得+=1.
所以点P的运动轨迹为椭圆,其方程为+=1.
(2)因为·=(-)·(-)=(--)·(-)=2-2=2-1,
P是椭圆+=1上的任一点,设P(x0,y0),
则有+=1,即x=16-,又N(0,1),
所以2=x+(y0-1)2=-y-2y0+17
=-(y0+3)2+20.
因为y0∈[-2,2],所以当y0=-3时,2取得最大值20,故·的最大值为19;
当y0=2时,2取得最小值13-4(此时x0=0),故·的最小值为12-4.(共45张PPT)
6.3 平面向量的数量积及应用
课标要求 考情分析
1.理解平面向量数量积的含义及其几何意义. 2.了解平面向量的数量积与投影向量的关系. 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. 6.会用向量的方法解决简单的力学问题与其他实 际问题. 考点考法:高考命题常
以向量、平面几何图形
为载体,考查向量的夹
角、模、向量共线、垂
直.求参数值、数量积是
高考的热点,常以选择
题、填空题的形式出现.
核心素养:数学抽象、
直观想象、数学运算
必备知识 自主排查
核心考点 师生共研
必备知识 自主排查
01
1.向量的夹角
(1)定义:已知两个非零向量 是平面上的任意一点,作
,则_______ 叫做向量 的夹角.
(2)范围:向量夹角 的范围是______________.
[提醒] 当 同向时, ; 反向时, ; 垂直
时, .


2.平面向量的数量积
(1)定义:已知两个非零向量 ,它们的夹角为 ,把数量_________
_____叫做向量 的数量积(或内积),记作 ,即 ______
_____.
规定:零向量与任一向量的数量积为___.



(2)投影向量
如图,在平面内任取一点 ,作 , ,过点 作直线
垂线,垂足为 ,则______就是向量 在向量 上的投影向量.
设与 方向相同的单位向量为 , 的夹角为 ,则 , ,
间的关系为 _________.


(3)运算律
.
.
___________.

3.平面向量数量积的有关结论
已知非零向量 , , 的夹角为 .
结论 符号表示 坐标表示
_______ __________
夹角 _____
的充要条件 _________ ________________
的关系 ___






[提醒] (1)向量平行与垂直的坐标公式不要记混;
(2) 是对非零向量而言的,若 ,虽然有 ,但不能说 .
【练一练】
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)两个向量的夹角的范围是 .( )
×
(2)向量在另一个向量上的投影向量为数量,而不是向量. ( )
×
(3)两个向量的数量积是一个实数,向量的加、减、数乘运算的运算结
果是向量.( )

(4)若 ,则 .( )
×
2.(人A必修第二册 习题 变条件)设向量 , 满足
,则 的夹角为( )
A. B. C. D.
解析:选A.设 的夹角为 ,由题意得 ,所以
.又 ,所以 ,所以
,即 .
,所以 的夹角为 .

3.(2023·河北衡水质检)(多选)已知向量 ,
,设 的夹角为 ,则( )
A. B. C. D.
解析:选BD.由 , ,得 , ,
, ,故A不正确; ,故B正确;
不存在 ,使 成立,故C不正确; ,所
,故D正确.综上,选BD.


4.(2023·广东模拟)平面向量 的夹角为
_____.

解析:由题知, ,则 ,所以 .
5.已知 , , 的夹角 ,则向量 在向量 上的投
影向量的模为___.
2
解析:由数量积的定义知,向量 在向量 上的投影向量的模为 .
1.平面向量数量积运算的常用公式
(1)
(2) .
2.有关向量夹角的两个结论
(1)两向量 为锐角 不共线.
(2)两向量 为钝角 不共线.
【用一用】
1.(2023·山西太原高三期末)已知向量 , 满足
( )
A. B. C. D.
解析:选C.由题意得, ,即
,整理得
.故选C.

2.(2023·江苏模拟)已知 ,且 的夹角为锐
角,则实数 的取值范围为_ ________________.

解析:由题知, ,因为 的夹角为锐角,
所以 ,且 不共线,
所以 ,且
解得
所以实数 的取值范围为 .
核心考点 师生共研
02
考点一 平面向量数量积的基本运算(自主练透)
1.已知向量 ,且 ,则 的值
为( )
A. B. C. D.
解析:选A.由题意得 ,解得
所以 ,则 ,
所以 .故选A.

2.(2023·内蒙古赤峰模拟)已知非零向量 满足
的夹角为 ,且 ,则向量 的数量积为( )
A. B. C. D.
解析:选A.设 ,因为 的夹角为
所以 .
因为非零向量 满足
所以
所以 .故
选A.

3.在 中, .若 ,则
____.

解析:由题意得, ,则


,解得 .
4.(2022·春季高考上海卷)在 中, 为边 的中
点,若点 在边 上运动(点 可与 重合),则 的最小值为_ _.

解析:如图,以 为坐标原点,建立平面直角坐标系,则

依题意可设 ,则
,所以
.故 的最小值为
.
求两个向量的数量积的三种方法
考点二 平面向量数量积的性质(多维探究)
[高考考情] 近几年高考在此处都单独命题,主要考查向量坐标运算,向量共线的充要条件,平面向量基本定理,向量的数量积及其应用(如向量垂直、向量的夹角、向量的模以及范围与最值).
角度1 平面向量的模
例1.(1)(2022·高考全国卷乙)已知向量 , 满足 , ,
,则 ( )
A. B. C. D.
解析:因为 ,
, , ,
所以 ,
所以 .故选C.

(2)(2023·江苏南京、盐城第一次模拟)在平面直角坐标系 中,若
, ,则 的最小值为_____.

解析:由题意得 , ,由 ,得
,所以 .
,所以 ,
,
,所以当 时, 取得最小值 .
求平面向量的模的两种方法
角度2 平面向量的夹角
例2.(1)(2022·新高考卷Ⅱ)已知向量 , ,
,则 ( )
A. B. C. D.
解析: , ,
,解得 .故选C.

(2)(2023·广西玉林模拟)若两个非零向量 满足
,则 的夹角是_ __.

解析:设向量 的夹角为 ,由
,变形得
,所以
,故 .
又因为 ,则 .
求平面向量的夹角的方法
(1)定义法: 的取值范围为
(2)坐标法:若 , ,则 .
角度3 平面向量的垂直问题
例3.(1)(2020·高考全国卷Ⅱ)已知单位向量 , 的夹角为 ,则在下列
向量中,与 垂直的是( )
A. B. C. D.

解析:方法一:由题意,得 .对于A,
,故A不符合题意;对于B,
,故B不符合题意;对于C,
,故C不符合题意;对于D,
,所以 .故选D.
, ,易知,只有 ,即 ,故选D.
方法二:不妨设 , ,则 ,
(2)(2023·黑龙江大庆实验中学模拟)在 中,点 在边 上,且
,若 ,则 ( )
A. B. C. D.
解析:由题意知


,则 ,即 .

有关平面向量垂直的两类题型
(1)利用坐标运算证明或判断两个向量的垂直问题.
①计算出这两个向量的坐标;
②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)已知两个向量的垂直关系,求解相关参数的值.
即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.
【对点训练】
1.已知向量 , 均为单位向量,且 ,则 ( )
A. B. C. D.
解析:选B.由题意得 ,所以 .故选B.

2.(2023·四川模拟预测)已知向量 , 的夹角为
,则 _ ____.

解析:由题意可得 ,
所以 .
3.(2023·江苏盐城模拟)在菱形 中,
上的一点,已知 ,则线
的长为_ _.

解析:因为点 上的一点,
所以
因为 ,四边形 为菱形,
所以

解得 ,即线段 的长为 ,所以线段 .
考点三 平面向量与平面几何(师生共研)
例4.(1)已知非零向量 满足 ,且
,则 的形状是( )
A.三边均不相等的三角形 B.直角三角形
C.等腰(非等边)三角形 D.等边三角形

解析:因为 分别表示向量 和向量 方向上的单位向量,
因为
所以角 的平分线与 垂直,
所以 为等腰三角形,且
因为 ,所以 .
,所以 ,所以
所以 为等边三角形.
(2)如图所示,已知正方形 的边长为1,点 点出
发,按字母顺序 沿线段 运动到
,在此过程中 的最大值是___.

解析:以 为原点, 所在直线分别为 轴, 轴,
建立平面直角坐标系,如图,
可得
①当点 上时,设 ,其中
此时

②当点 上时,设
此时 ,

此时 的最大值为0;
③当点 上时,设 ,其中
,此时 .
综上所述, 的最大值是0.
用向量解决平面几何问题的两种方法及步骤
(1)向量的线性运算法的四个步骤:
①选取基底;②用基底表示相关向量;③利用向量的线性运算或数量积找相应关系;④把几何问题向量化.
(2)向量的坐标运算法的四个步骤:
①建立适当的平面直角坐标系;②把相关向量坐标化;③用向量的坐标运算找相应关系;④把几何问题向量化.
【对点训练】
1.在四边形 中, , ,则该四边形
的面积是____.
10
解析:由题意得 ,解得


所以 .
2.(2023·山东烟台模拟)在梯形 中,
,若 在线段 上运动,且 ,则
的最小值为_ __.

解析:如图所示,以 为原点, 轴正方向,
轴正方向建立平面直角坐标系,则 , , ,
.
不妨设 , ,则 , ,
所以 /m> >
, 时, 的最小值为 .
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