第二章 2.3 2.3.1
A级 基础巩固
一、选择题
1.e1、e2是表示平面内所有向量的一组基底,下列四组向量中,不能作为一组基底的是 ( B )
A.e1+e2和e1-e2 B.3e1-2e2和4e2-6e1
C.e1+2e2和e2+2e1 D.e2和e1+e2
[解析] 3e1-2e2与4e2-6e1是共线向量,不能作为一组基底.
2.若k1a+k2b=0,则k1=k2=0,那么下列对a、b的判断正确的是 ( B )
A.a与b一定共线 B.a与b一定不共线
C.a与b一定垂直 D.a与b中至少一个为0
[解析] 由平面向量基本定理知,当a,b不共线时,k1=k2=0.故选B.
3.在△ABC中,已知D是AB边上一点,若2=,=+λ,则λ等于 ( A )
A. B.-
C. D.-
[解析] 方法一 由平面向量的三角形法则可知=+=+=+(-)=+,所以λ=.
方法二 因为A,B,D三点共线,=+λ,所以+λ=1,所以λ=.
4.已知△ABC中,点D在BC边上,且=2,=r+s,则r+s的值是 ( D )
A. B.
C.-3 D.0
[解析] ∵=
=(-),
∴r=,s=-,∴r+s=0.
5.已知|a|=1,|b|=2,c=a+b,c⊥a,则a与b的夹角大小为 ( D )
A. B.π
C. D.π
[解析] 如图,∵c=a+b,c⊥a,
∴a、b、c的模构成一个直角三角形,且θ=,所以可推知a与b的夹角为.故选D.
6.如果e1、e2是平面α内所有向量的一组基底,那么下列命题中正确的是 ( C )
A.已知实数λ1、λ2,则向量λ1e1+λ2e2不一定在平面α内
B.对平面α内任一向量a,使a=λ1e1+λ2e2的实数λ1,λ2可以不唯一
C.若有实数λ1、λ2使λ1e1=λ2e2,则λ1=λ2=0
D.对平面α内任一向量a,使a=λ1e1+λ2e2的实数λ1、λ2不一定存在
[解析] 选项A中,由平面向量基本定理知λ1e1+λ2e2与e1、e2共面,所以A项不正确;选项B中,实数λ1、λ2有且仅有一对,所以B项不正确;选项D中,实数λ1、λ2一定存在,所以D项不正确;很明显C项正确.
二、填空题
7.如右图,平行四边形ABCD中,=a,=b,M是DC的中点,以a、b为基底表示向量= b+a .
[解析] =+=+=+=b+a.
8.已知向量e1,e2不共线,实数x,y满足(2x+y)e1+(3x+2y)e2=0,则x+y=__0__.
[解析] ∵e1,e2不共线,∴,解得,∴x+y=0.
三、解答题
9.如图所示,D是BC边的一个四等分点.试用基底、表示.
[解析] ∵D是BC边的四等分点,
∴==(-),
∴=+=+(-)=+.
10.如图所示,已知在平行四边形ABCD中,E、F分别是BC、DC边上的中点.若=a,=b,试以a、b为基底表示、.
[解析] ∵四边形ABCD是平行四边形,
E、F分别是BC、DC边上的中点,
∴==2,==2,
∴==b,
===-=-a.
∴=++=-++
=-b+a+b=a-b,
=+=+=b-a.
B级 素养提升
一、选择题
1.如果e1,e2是平面内所有向量的一组基底,那么 ( A )
A.若实数m、n使得me1+ne2=0,则m=n=0
B.空间任一向量a可以表示为a=λ1e1+λ2e2,其中λ1,λ2为实数
C.对于实数m、n,me1+ne2不一定在此平面上
D.对于平面内的某一向量a,存在两对以上的实数,m,n,使a=me1+ne2
[解析] 选项B中应为“平面内任一向量”,C中me1+ne2一定在此平面上,选项D中,m,n应是唯一的,只有A正确.
2.设非零向量a、b、c满足|a|=|b|=|c|,a+b=c,则a与b的夹角为 ( B )
A.150° B.120°
C.60° D.30°
[解析] ∵|a|=|b|=|c|≠0,且a+b=c,
∴如图所示就是符合题设条件的向量,易知OACB是菱形,△OBC和△OAC都是等边三角形.
∴a与b的夹角为120°.
3.设D为△ABC所在平面内一点,=3,则 ( A )
A.=-+ B.=-
C.=+ D.=-
[解析] 由题意得=+=+=+-=+,故选A.
4.若=a,=b,=λ,则= ( D )
A.a+λb B.λa+b
C.λa+(1+λ)b D.
[解析] ∵=λ,
∴-=λ(-),
(1+λ)=λ+,
∴=.
二、填空题
5.向量a与b的夹角为25°,则2a与-b的夹角θ=__155°__.
[解析] 作=a,=b,则∠AOB=25°,如图所示.
延长OA到C,使OA=AC,则=2a.
延长BO到D,使OD=BO,则=-b.
则θ=∠DOA,又∠DOA+∠AOB=180°,则∠DOA=180°-25°=155°,则θ=155°.
6.已知e1、e2是两个不共线的向量,a=2e1-e2,b=ke1+e2,若a与b是共线向量,则实数k=__-2__.
[解析] ∵a∥b,则2e1-e2=λ(ke1+e2).
又∵e1、e2不共线.
∴解得:
三、解答题
7.已知e1,e2是平面内两个不共线的向量,a=3e1-2e2,b=-2e1+e2,c=2e1-3e2,,试用a,b表示c.
[解析] 设c=xa+yb,则2e1-3e2=x(3e1-2e2)+y(-2e1+e2),
即(3x-2y)e1+(y-2x)e2=2e1-3e2.
又e1,e2是平面内两个不共线的向量,所以解得所以c=4a+5b.
8.在梯形ABCD中,AB∥CD,M、N分别是、的中点,且=k(k≠1).设=e1,=e2,选择基底{e1,e2},试写出下列向量在此基底下的分解式、、.
[解析] 如图所示,∵=e2,且=k,
∴=k=ke2,
又+++=0,
∴=---
=-++
=-e2+ke2+e1
=e1+(k-1)e2.
而+++=0,
∴=---=+-
=+e2-
=[e1+(k-1)e2]+e2-e1
=e2.
C级 能力拔高
如图,点L、M、M分别为△ABC的边BC、CA、AB上的点,且=l,=m,=n,若++=0.
求证:l=m=n.
[证明] 令=a,=b,=c,
则由=l得,=lb;
由=m得=mc;
由=n得=na.
∵++=0,
∴(+)+(+)+(+)=0.
即(a+lb)+(b+mc)+(c+na)=0,
∴(1+n)a+(1+l)b+(1+m)c=0.
又∵a+b+c=0,
∴a=-b-c,
∴(1+n)(-b-c)+(1+l)b+(1+m)c=0,
即(1-n)b+(m-n)c=0.
∵b与c不共线,
∴l-n=0且m-n=0,
∴l=n且m=n,
即l=m=n.
第二章 2.3 2.3.2 2.3.3
A级 基础巩固
一、选择题
1.已知=(2,3),则点N位于 ( D )
A.第一象限 B.第二象限
C.第三象限 D.不确定
[解析] 因为点M的位置不确定,则点N的位置也不确定.
2.设A(1,2),B(4,3),若向量a=(x+y,x-y)与相等,则 ( C )
A.x=1,y=2 B.x=1,y=1
C.x=2,y=1 D.x=2,y=2
[解析] =(3,1)与a=(x+y,x-y)相等,则.∴x=2,y=1.
3.向量=(2x,x-1),O为坐标原点,则点A在第四象限时,x的取值范围是 ( D )
A.x>0 B.x<1
C.x<0或x>1 D.0[解析] 由A点在第四象限,所以,解得04.已知向量a,b满足a+b=(1,3),a-b=(3,-3),则a,b的坐标分别为 ( C )
A.(4,0),(-2,6) B.(-2,6),(4,0)
C.(2,0),(-1,3) D.(-1,3),(2,0)
[解析] 2a=(a+b)+(a-b)=(4,0),于是a=(2,0),所以b=(-1,3).
5.已知=a,且A,B,又λ=,则λa等于 ( A )
A. B.
C. D.
[解析] a==-
=,λa=a=,故选A.
6.已知向量a=(1,2),b=(3,1),c=(11,7),若c=ka+lb,则k、l的值为 ( D )
A.-2,3 B.-2,-3
C.2,-3 D.2,3
[解析] 利用相等向量的定义求解.
∵a=(1,2),b=(3,1),c=(11,7),
∴(11,7)=k(1,2)+l(3,1),
即,解得:k=2,l=3.
二、填空题
7.若O(0,0)、A(1,2)且=2,则A′的坐标为__(2,4)__.
[解析] A′(x,y),=(x,y),=(1,2),∴(x,y)=2(1,2)=(2,4).
8.在平行四边形ABCD中,AC为一条对角线,若=(2,4),=(1,3),则=__(-3,-5)__.
[解析] ∵=-=-=(-)-=-2=(1,3)-2(2,4)=(-3,-5).
三、解答题
9.已知O是坐标原点,点A在第一象限,||=4,∠xOA=60°.
(1)求向量的坐标.
(2)若B(,-1),求的坐标.
[解析] (1)设点A(x,y),则x=4cos60°=2,y=4sin60°=6,即A(2,6),
=(2,6).
(2)=(2,6)-(,-1)=(,7).
10.已知点O(0,0),A(1,2),B(4,5)及=+t.
(1)t为何值时,点P在x轴上?点P在y轴上?点P在第二象限?
(2)四边形OABP能成为平行四边形吗?若能,求出相应的t值;若不能,请说明理由.
[解析] (1)=+t=(1+3t,2+3t).
若点P在x轴上,则2+3t=0?t=-;
若点P在y轴上,则1+3t=0?t=-;
若点P在第二象限,则
解得-(2)=(1,2),=(3-3t,3-3t).
若四边形OABP为平行四边形,需=,
于是此方程组无解.
故四边形OABP不能成为平行四边形.
B级 素养提升
一、选择题
1.若向量a=(x,1),b=(-x,x2),则向量a+b满足 ( C )
A.平行于x轴
B.平行于第一、三象限角的平分线
C.平行于y轴
D.平行于第二、四象限角的平分线
[解析] ∵a+b=(0,x2+1),
∴向量a+b满足平行于y轴.
2.已知i、j分别是方向与x轴正方向、y轴正方向相同的单位向量,O为原点,设=(x2+x+1)i-(x2-x+1)j(其中x∈R),则点A位于 ( D )
A.第一、二象限 B.第二、三象限
C.第三象限 D.第四象限
[解析] ∵x2+x+1>0,-(x2-x+1)<0,∴点A位于第四象限,故选D.
3.设向量a=(1,-3),b=(-2,4),c=(-1,-2),若表示向量4a,4b-2c,2(a-c),d的有向线段首尾相连能构成四边形,则向量d为 ( D )
A.(2,6) B.(-2,6)
C.(2,-6) D.(-2,-6)
[解析] 由题意,得4a+4b-2c+2(a-c)+d=0,
则d=-4a-4b+2c-2(a-c)=-6a-4b+4c=(-2,-6).
4.在△ABC中,已知A(2,3),B(6,-4),G(4,-1)是中线AD上一点,且||=2||,那么点C的坐标为 ( C )
A.(-4,2) B.(-4,-2)
C.(4,-2) D.(4,2)
[解析] 由题意,知点G是△ABC的重心,设C(x,y),则有解得故C(4,-2).
二、填空题
5.已知两点M(3,-2),N(-5,-1),点P满足=,则点P的坐标是 (-1,-) .
[解析] 设P(x,y),则=(x-3,y+2),
=(-8,1).
∵=,∴(x-3,y+2)=(-8,1).
即,解得,∴P(-1,-).
6.设向量绕点O逆时针旋转得向量,且2+=(7,9),且向量= .
[解析] 设=(m,n),则=(-n,m),所以2+=(2m-n,2n+m)=(7,9),即
解得因此,=.
三、解答题
7.已知点A(2,3),B(5,4),C(7,10)及=+λ(λ∈R).
(1)λ为何值时,点P在第一、三象限的角平分线上?
(2)若点P在第三象限内,求λ的取值范围.
(3)四边形ABCD能成为平行四边形吗?若能,求出相应的λ的值;若不能,请说明理由.
[解析] 设点P的坐标为(x,y),则=(x-2,y-3),=(3,1),=(5,7).
∵=+λ,
∴(x-2,y-3)=(3,1)+λ(5,7),
即
∴P(5λ+5,7λ+4).
(1)当点P在第一、三象限的角平分线上时,由5λ+5=7λ+4得λ=.
(2)当点P在第三象限时,由得λ<-1.
(3)=(3,1),=(2-5λ,6-7λ).
若四边形ABCP为平行四边形,需=,
于是方程组无解,故四边形ABCP不能成为平行四边形.
8.已知点A(-1,2),B(2,8),及=,=-,求点C、D和的坐标.
[解析] 设点C、D的坐标分别为(x1,y1),(x2,y2),
则=(x1+1,y1-2),=(3,6),
=(-1-x2,2-y2),=(-3,-6).
∵=,=-,
∴(x1+1,y1-2)=(3,6),
(-1-x2,2-y2)=-(-3,-6),
即(x1+1,y1-2)=(1,2),(-1-x2,2-y2)=(1,2).
∴∴
∴点C、D的坐标分别为(0,4)和(-2,0).
因此=(-2,-4).
C级 能力拔高
已知向量u=(x,y)与向量ν=(y,2y-x)的对应关系用ν=f(u)表示.
(1)求证:对于任意向量a、b及常数m、n,恒有f(ma+nb)=mf(a)+nf(b)成立;
(2)设a=(1,1),b=(1,0),求向量f(a)及f(b)的坐标;
(3)求使f(c)=(p,q)(p、q为常数)的向量c的坐标.
[解析] (1)证明:设a=(a1,a2),b=(b1,b2),则ma+nb=(ma1+nb1,ma2+nb2),∴f(ma+nb)=(ma2+nb2,2ma2+2nb2-ma1-nb1),mf(a)+nf(b)=m(a2,2a2-a1)+n(b2,2b2-b1)=(ma2+nb2,2ma2+2nb2-ma1-nb1).
∴f(ma+nb)=mf(a)+nf(b)成立.
(2)f(a)=(1,2×1-1)=(1,1),f(b)=(0,2×0-1)=(0,-1).
(3)设c=(x,y),则f(c)=(y,2y-x)=(p,q).
∴y=p,2y-x=q.∴x=2p-q.
∴向量c=(2p-q,p).
第二章 2.3 2.3.4
A级 基础巩固
一、选择题
1.已知向量a=(1,m),b=(m,2),若a∥b,则实数m等于 ( C )
A.- B.
C.-或 D.0
[解析] 本题考查了向量的坐标运算,向量平行的坐标表示等.由a∥b知1×2=m2,即m=或m=-.
2.已知点A(-1,1),点B(2,y),向量a=(1,2),若∥a,则实数y的值为 ( C )
A.5 B.6
C.7 D.8
[解析] =(3,y-1),又∥a,
所以(y-1)-2×3=0,解得y=7.
3.已知点A(0,1),B(3,2),向量=(-4,-3),则向量= ( A )
A.(-7,-4) B.(7,4)
C.(-1,4) D.(1,4)
[解析] 设C(x,y),∵A(0,1),=(-4,-3),
∴解得∴C(-4,-2),又B(3,2),∴=(-7,-4),选A.
4.已知向量a=(,sinα),b=(sinα,),若a∥b,则锐角α为 ( A )
A.30° B.60°
C.45° D.75°
[解析] ∵a∥b,∴sin2α=×=,
∴sinα=±.
∵α为锐角,∴α=30°.
5.已知向量a=(1,3),b=(2,1),若a+2b与3a+λb平行,则λ的值等于 ( B )
A.-6 B.6
C.2 D.-2
[解析] a+2b=(5,5),3a+λb=(3+2λ,9+λ),
由条件知,5×(9+λ)-5×(3+2λ)=0,
∴λ=6.
6.若a=(1,2),b=(-3,0),(2a+b)∥(a-mb),则m= ( A )
A.- B.
C.2 D.-2
[解析] 2a+b=2(1,2)+(-3,0)=(-1,4),
a-mb=(1,2)-m(-3,0)=(1+3m,2)
∵(2a+b)∥(a-mb)
∴-1=(1+3m)×2∴6m=-3,解得m=-
二、填空题
7.已知向量a=(1,2),b=(1,0),c=(3,4),若λ为实数,(a+λb)∥c,则λ的值为 .
[解析] a+λb=(1,2)+λ(1,0)=(1+λ,2)
∵(a+λb)∥c,
∴4(1+λ)-3×2=0,∴λ=.
8.已知向量a=(1,2),b=(-2,3).若λa+ub与a+b共线,则λ与u的关系为__λ=u__.
[解析] ∵a=(1,2),b=(-2,3),
∴a+b=(1,2)+(-2,3)=(-1,5),
λa+ub=λ(1,2)+u(-2,3)=(λ-2u,2λ+3u).
又∵(λa+ub)∥(a+b),
∴(-1)×(2λ+3u)-5(λ-2u)=0.∴λ=u.
三、解答题
9.平面内给定三个向量:a=(3,2),b=(-1,2),c=(4,1).
(1)求3a+b-2c;
(2)求满足a=mb+nc的实数m和n;
(3)若(a+kc)∥(2b-a),求实数k.
[解析] (1)3a+b-2c=3(3,2)+(-1,2)-2(4,1)=(9,6)+(-1,2)-(8,2)=(9-1-8,6+2-2)=(0,6).
(2)∵a=mb+nc,m,n∈R,
∴(3,2)=m(-1,2)+n(4,1)=(-m+4n,2m+n).
∴解得
∴m=,n=.
(3)a+kc=(3+4k,2+k),2b-a=(-5,2).
又∵(a+kc)∥(2b-a),
∴(3+4k)×2-(-5)×(2+k)=0.
∴k=-.
10.已知向量=(3,-4),=(6,-3),=(5-x,-3-y).
(1)若点A,B,C不能构成三角形,求x,y满足的条件.
(2)若=2,求x,y的值.
[解析] (1)因为点A,B,C不能构成三角形,则A,B,C三点共线.
由=(3,-4),=(6,-3),
=(5-x,-3-y)得
=(3,1),=(2-x,1-y),
所以3(1-y)=2-x.
所以x,y满足的条件为x-3y+1=0.
(2)=(-x-1,-y)
由=2得
(2-x,1-y)=2(-x-1,-y),
所以解得
B级 素养提升
一、选择题
1.已知向量a=(-2,4),b=(3,-6),则a和b的关系是 ( B )
A.共线且方向相同 B.共线且方向相反
C.是相反向量 D.不共线
[解析] 因为a=(-2,4),b=(3,-6),所以a=-b,由于λ=-<0,故a和b共线且方向相反.
2.已知向量a=(1,0),b=(0,1),c=ka+b(k∈R),d=a-b,如果c∥b,那么 ( D )
A.k=1且c与d同向 B.k=1且c与d反向
C.k=-1且c与d同向 D.k=-1且c与d反向
[解析] ∵c∥d,∴c=λd,即ka+b=λ(a-b),又a,b不共线,∴∴.∴c=-d,∴c与d反向.
3.已知向量a=(1,1),b=(2,x),若a+b与4b-2a平行,则实数x的值是 ( D )
A.-2 B.0
C.1 D.2
[解析] 因为a=(1,1),b=(2,x),所以a+b=(3,x+1),4b-2a=(6,4x-2),由于a+b与4b-2a平行,得6(x+1)-3(4x-2)=0,解得x=2.
4.已知向量集合M={a|a=(1,2)+λ(3,4),λ∈R},N={a|a=(-2,-2)+μ(4,5),μ∈R},则M∩N= ( C )
A.{(1,1)} B.{(1,2),(-2,-2)}
C.{(-2,-2)} D.?
[解析] 设a∈M∩N,则存在实数λ和中μ,
使得(1,2)+λ(3,4)=(-2,-2)+μ(4,5),即(3,4)=(4μ-3λ,5μ-4λ).
∴解得
∴a=(-2,-2).
二、填空题
5.已知向量a=(,1),b=(0,-1),c=(k,).若a-2b与c共线,则k=__1__.
[解析] a-2b=(,3).因为a-2b与c共线,
所以=,解得k=1.
6.已知点P1(2,-1),点P2(-1,3),点P在线段P1P2上,且||=||,则求点P的坐标为 (,) .
[解析] 设点P的坐标为(x,y),
由于点P在线段P1P2上,则有=,
又=(x-2,y+1),=(-1-x,3-y),
由题意得解得
∴点P的坐标为.
三、解答题
7.已知△AOB中,O(0,0,),A(0,5),B(4,3),=,=,AD与BC交于M点,求点M的坐标.
[解析] ∵O(0,0),A(0,5),B(4,3),
∴=(0,5),=(4,3).
∵=(xC,yC)==(0,),
∴点C的坐标为(0,).
同理可得点D的坐标为(2,).
设点M(x,y),则=(x,y-5),
则=(2-0,-5)=(2,-).
∵A、M、D共线,∴与共线.
∴-x-2(y-5)=0,即7x+4y=20.①
而=(x,y-),=(4-0,3-)=(4,),
∵C、M、B共线,∴与共线.
∴x-4(y-)=0,即7x-16y=-20.②
联立①②解得x=,y=2.
∴点M的坐标为(,2).
8.已知A、B、C三点的坐标分别为(-1,0)、(3,-1)、(1,2),并且=,=.
(1)求E、F的坐标;
(2)判断与是否共线.
[解析] (1)设E(x1,y1)、F(x2,y2),
依题意得=(2,2),=(-2,3).
由=可知(x1+1,y1)=(2,2),
即,解得,∴E(-,).
由=可知(x2-3,y2+1)=(-2,3).
∴,解得
∴F(,0),
即E点的坐标为(-,),F点的坐标为(,0).
(2)由(1)可知=-=(,0)-(-,)=(,-),(O为坐标原点),
又=(4,-1),∴=(4,-1)=,
即与共线.
C级 能力拔高
如图,已知直角梯形ABCD,AD⊥AB,AB=2AD=2CD,过点C作CE⊥AB于E,M为CE的中点,用向量的方法证明:
(1)DE∥BC;
(2)D、M、B三点共线.
[解析] 如图,以E为原点,AB所在直线为x轴,EC所在直线为y轴建立直角坐标系,令||=1,则||=1,||=2.
∵CE⊥AB,而AD=DC,∴四边形AECD为正方形.
∴可求得各点坐标分别为:E(0,0),B(1,0),C(0,1),D(-1,1),A(-1,0).
(1)∵=(-1,1)-(0,0)=(-1,1),=(0,1)-(1,0)=(-1,1),
∴=,∴∥,即DE∥BC.
(2)∵M为EC的中点,∴M(0,),
∴=(-1,1)-(0,)=(-1,),
=(1,0)-(0,)=(1,-).
∴=-,∴∥.
又 MD与MB共点于M,∴D,M,B三点共线.