高中数学人教B版(2019)必修第三册(课件+课时跟踪检测)第八章 向量的数量积与三角恒等变换 (共18份打包)

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名称 高中数学人教B版(2019)必修第三册(课件+课时跟踪检测)第八章 向量的数量积与三角恒等变换 (共18份打包)
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资源类型 教案
版本资源 人教B版(2019)
科目 数学
更新时间 2020-03-03 16:53:09

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一、选择题
1.已知sin 2α=,则cos2=(  )
A.-        B.-
C. D.
解析:选D cos2===.
2.已知|a|=1,|b|=,且a⊥(a-b),则向量a与向量b的夹角为(  )
A. B.
C. D.
解析:选B ∵a⊥(a-b),
∴a·(a-b)=a2-a·b=0,∴a·b=a2,
∵|a|=1,|b|=,
∴cos〈a,b〉===,
∴向量a与向量b的夹角为,故选B.
3.已知cos(α+β)cos(α-β)=,则cos2α-sin2β的值为(  )
A.- B.-
C. D.
解析:选D cos(α+β)cos(α-β)=(cos 2α+cos 2β)=[(2cos2α-1)+(1-2sin2β)]=cos2α-sin2β=.
4.化简:的值为(  )
A.-2 B.2
C.-1 D.1
解析:选D 


===1.
5.已知向量=(2,2),=(4,1),在x轴上有一点P,使·有最小值,则点P的坐标是(  )
A.(-3,0) B.(2,0)
C.(3,0) D.(4,0)
解析:选C 设P(x,0),
则=(x-2,-2),=(x-4,-1),
∴·=(x-2)(x-4)+2=x2-6x+10=(x-3)2+1,
故当x=3时,·最小,此时点P的坐标为(3,0).
6.若函数f(x)=sin xcos x+cos2x+a在区间上的最大值与最小值的和为,则a=(  )
A.-1 B.0
C.2 D.3
解析:选B f(x)=sin xcos x+cos2x+a=sin 2x+cos 2x++a=sin++a,因为-≤x≤,所以-≤2x+≤,则-≤sin≤1.又f(x)的最大值与最小值的和为,所以+=,解得a=0.
二、填空题
7.如图所示,在正方形ABCD中,已知||=2,若点N为正方形内(含边界)任意一点,则·的最大值是________.
解析:·=||||·cos∠BAN,||·cos∠BAN表示在上的投影的数量,又||=2,∴·的最大值是4.
答案:4
8.若函数f(x)=sin 2x+2cos2x+m在区间上的最大值为6,则m=________.
解析:f(x)=sin 2x+2cos2x+m=sin 2x+1+cos 2x+m=2sin+m+1,∵0≤x≤,∴≤2x+≤.∴当2x+=,即x=时,f(x)max=2+m+1=6,∴m=3.
答案:3
9.若动直线x=a与函数f(x)=sin xcos x和g(x)=cos2x的图像分别交于M,N两点,则MN的最大值为________.
解析:f(x)=sin xcos x=sin 2x,g(x)=cos2x=,所以MN=|f(a)-g(a)|==,则当sin=-1时,MN取得最大值,为.
答案:
三、解答题
10.已知a=(cos α,sin α),b=(cos β,sin β),a与b满足|ka+b|=|a-kb|,其中k>0.
(1)用k表示a·b;
(2)求a·b的最小值,并求出此时a,b的夹角.
解:(1)将|ka+b|=|a-kb|两边平方,得k2a2+b2+2ka·b=3(a2+k2b2-2ka·b),
∴8ka·b=(3-k2)a2+(3k2-1)b2,
即a·b=.
∵a=(cos α,sin α),b=(cos β,sin β),
∴a2=1,b2=1,∴a·b==.
(2)∵k2+1≥2k(当且仅当k=1时等号成立),
即≥=,∴a·b的最小值为.
设a,b的夹角为γ,则a·b=|a||b|cos γ.
又|a|=|b|=1,∴=1×1×cos γ,
∴γ=60°,即当a·b取最小值时,a与b的夹角为60°.
11.已知函数f(x)=(sin x+cos x)2-cos 2x.
(1)求函数f(x)的最小正周期;
(2)求证:当x∈时,f(x)≥0.
解:(1)因为f(x)=sin2x+cos2x+sin 2x-cos 2x=1+sin 2x-cos 2x=sin+1,
所以函数f(x)的最小正周期为π.
(2)证明:由(1)可知,f(x)=sin+1.
当x∈时,2x-∈,
sin∈,
sin+1∈[0,+1].
当2x-=-,即x=0时,f(x)取得最小值0.
所以当x∈时,f(x)≥0.
12.已知函数f(x)=sin-2sin2x.
(1)求函数f(x)的最小正周期;
(2)求函数f(x)图像的对称轴方程、对称中心的坐标;
(3)当0≤x≤时,求函数f(x)的最大、最小值.
解:f(x)=sin 2x-cos 2x-2·=sin 2x+cos 2x-=sin-.
(1)函数f(x)的最小正周期为π.
(2)令2x+=kπ+(k∈Z),
得x=kπ+(k∈Z),
所以函数f(x)图像的对称轴方程是x=kπ+(k∈Z).
令2x+=kπ(k∈Z),得x=kπ-(k∈Z),
所以函数f(x)图像的对称中心的坐标是
(k∈Z).
(3)当0≤x≤时,≤2x+≤,
-≤sin≤1,
所以当x=时,f(x)取最小值-;
当x=时,f(x)取最大值1-.
课时跟踪检测(二十一) 三角恒等变换的应用
A级——学考水平达标练
1.sin 20°+sin 40°+sin 60°-sin 80°=(  )
A. B.
C. D.1
解析:选C 原式=sin 20°-sin 80°+sin 40°+sin 60°=2cos 50°sin(-30°)+cos 50°+sin 60°=sin 60°=.
2.函数y=sincos x的最大值为(  )
A. B.
C.1 D.
解析:选B ∵y=sincos x===sin-, ∴函数y的最大值为.
3.设π<α<3π,cos α=m,cos=n,cos=p,下列各式中正确的是(  )
A.n=- B.n=
C.p= D.p=-
解析:选A ∵<<,∴cos =-,即n=-,此外由于<<,因此cos 的符号不能确定.
4.已知2sin α=1+cos α,则tan=(  )
A. B.或不存在
C.2 D.2或不存在
解析:选B 2sin α=1+cos α,即4sincos=2cos2,当cos=0时,tan不存在;当cos≠0时,tan=.
5.若sin θ=,<θ<3π,则tan+cos=(  )
A.3+ B.3-
C.3+ D.3-
解析:选B 因为<θ<3π,所以cos θ=-=-.因为<<,所以sin<0,cos<0,
所以sin=-=-,
cos=-=-,所以tan==3.所以tan+cos=3-.
6.设α∈(π,2π),则 等于________.
解析:===,∵α∈(π,2π),∴∈,
∴sin >0,故原式=sin .
答案:sin
7.已知某直角三角形中两锐角为A和B,则sin Asin B的最大值为________.
解析:∵A+B=,∴sin Asin B=[cos(A-B)-cos(A+B)]=cos(A-B),又-<A-B<,
∴0<cos(A-B)≤1,
∴sin Asin B有最大值.
答案:
8.已知等腰三角形的顶角的正弦值为,则它的底角的余弦值为________.
解析:设等腰三角形的顶角为α,则底角为,由题意可知sin α=,所以cos α=± =±,所以cos=sin= = ,所以cos=或.
答案:或
9.求下列各式的值:
(1)sin 54°-sin 18°;
(2)cos 146°+cos 94°+2cos 47°cos 73°.
解:(1)sin 54°-sin 18°=2cos 36°sin 18°
=2×=
===.
(2)cos 146°+cos 94°+2cos 47°cos 73°
=2cos 120°cos 26°+2×(cos 120°+cos 26°)
=2××cos 26°++cos 26°
=-cos 26°++cos 26°=-.
10.求函数f(x)=sin x的最小正周期与最值.
解:f(x)=sin x
=sin x·2cossin
=-sin xcos
=-
=-sin+.
∴最小正周期为T==π.
∵sin∈[-1,1],
∴函数f(x)的最大值为,最小值为-.
B级——高考水平高分练
1.若α是第三象限角且sin(α+β)cos β-sin βcos(α+β)=-,则tan等于(  )
A.-5 B.-
C. D.5
解析:选A sin(α+β)cos β-sin βcos(α+β)=sin [(α+β)-β]=sin α=-.
∵α是第三象限角,∴cos α=-,
∴tan===-5.
2.在△ABC中,若B=30°,则cos Asin C的取值范围是(  )
A.[-1,1] B.
C. D.
解析:选C cos Asin C=[sin(A+C)-sin(A-C)]=-sin(A-C),∵-1≤sin(A-C)≤1,
∴cos Asin C∈.
3.若θ为锐角,sin θ∶sin =8∶5,则tan 2θ=________.
解析:由题可知,cos =,sin =,
∴sin θ=2sin cos =,cos θ=2cos2-1=,tan θ=,
故tan 2θ==-.
答案:-
4.如图,实线是由三段圆弧连接而成的一条封闭曲线C,各段弧所在的圆经过同一点P(点P不在C上)且半径相等,设第i段弧所对的圆心角为αi(i=1,2,3),则coscos-sin·sin=________.
解析:设三段圆弧交于A,B,D三点,连接PA,PB,PD,则∠APB+∠APD+∠BPD=2π,从而α1+α2+α3=4π,所以coscos-sinsin=cos=cos=-.
答案:-
5.已知3tan=tan,求证:sin 2α=1.
证明:∵3tan=tan,
∴=,
∴3sincos=sincos,∴=,
∴3sin 2α-=sin 2α+,∴sin 2α=1.
6.已知A,B,C是△ABC的三个内角,y=tan +,若任意交换两个角的位置,y的值是否变化?并证明你的结论.
证明:∵A,B,C是△ABC的三个内角,
∴A+B+C=π,=-.
∴y=tan +
=tan +
=tan+tan+tan.
因此,任意交换两个角的位置,y的值不变.
课时跟踪检测(二十) 倍角公式
A级——学考水平达标练
1.若tan θ=-,则cos 2θ等于(  )
A.- B.-
C. D.
解析:选D 若tan θ=-,则cos 2θ=cos2θ-sin2θ===.
2.(2017·全国卷Ⅲ)已知sin α-cos α=,则sin 2α=(  )
A.- B.-
C. D.
解析:选A 将sin α-cos α=的两边进行平方,得sin2 α-2sin αcos α+cos2α=,即sin 2α=-.
3.计算:=(  )
A. B.1
C. D.2
解析:选B 原式====1.
4.化简=(  )
A.cos x B.tan x
C.sin x D.sin 2x
解析:选B 原式=
=sin x=sin x·
==tan x.
5.已知x∈,cos x=,则tan 2x等于(  )
A. B.-
C. D.-
解析:选D 由cos x=,x∈,得sin x=-,所以tan x=-,所以tan 2x===-,故选D.
6.已知sin=,则sin 2x的值为________.
解析:sin 2x=cos=cos
=1-2sin2=.
答案:
7.已知2cos2x+sin 2x=Asin(ωx+φ)+b(A>0,b∈R),则A=_______,b=________.
解析:2cos2x+sin 2x=sin 2x+cos 2x+1=
sin+1,故A=,b=1.
答案: 1
8.已知sin 2θ=,则cos2=________.
解析:cos2=
==,∵sin 2θ=,
∴cos2==.
答案:
9.求值:.
解:∵sin 50°(1+tan 10°)
=sin 50°·=sin 50°·=1,
cos 80°=sin 10°=sin210°,
∴==.
10.已知函数f(x)=cos+sin2x-cos2x+2sin xcos x.
(1)化简f(x);
(2)若f(α)=,2α是第一象限角,求sin 2α.
解:(1)f(x)=cos 2x-sin 2x-cos 2x+sin 2x=sin 2x-cos 2x=sin.
(2)∵f(α)=sin=,2α是第一象限角,
即2kπ<2α<2kπ+(k∈Z),
∴2kπ-<2α-<2kπ+(k∈Z),
∴cos=,
∴sin 2α=sin=sin·cos +cos·sin =×+×=.
B级——高考水平高分练
1.已知tan x=,则sin2=(  )
A.          B.
C. D.
解析:选D 因为tan x=,所以sin2===+=+=+=.
2.设sin=,则sin=(  )
A.- B.-
C. D.
解析:选B 因为sin=,
所以sin=sin
=-cos=-=-.
3.函数f(x)=sin-2·sin2x的最小正周期是________.
解析:f(x)=sin-2sin2x
=sin 2x-cos 2x-2×
=sin 2x+cos 2x-=sin-,
故该函数的最小正周期是=π.
答案:π
4.已知α,β均为锐角,且tan α=7,cos β=,则α+2β=________.
解析:∵β为锐角,且cos β=,∴sin β=,∴tan β=,则tan 2β===.
∵tan α=7,∴tan(α+2β)====-1.
由α,β为锐角,可得α+2β=.
答案:
5.已知函数f(x)=.
(1)求f的值;
(2)当x∈时, 求g(x)=f(x)+sin 2x的最大值和最小值.
解:f(x)=


===2cos 2x.
(1)f=2cos =2cos =-.
(2)g(x)=f(x)+sin 2x=cos 2x+sin 2x
=sin .
因为x∈,所以≤2x+≤,
所以g(x)max=,g(x)min=-1.
6.如图所示,在某点B处测得建筑物AE的顶端A的仰角为θ,沿由点B到点E的方向前进30 m至点C,测得顶端A的仰角为2θ,再沿刚才的方向继续前进10 m到点D,测得顶端A的仰角为4θ,求θ的大小和建筑物AE的高.
解:∵∠ACD=θ+∠BAC=2θ,
∴∠BAC=θ,∴AC=BC=30 m.
又∠ADE=2θ+∠CAD=4θ,∴∠CAD=2θ,
∴AD=CD=10 m.
∴在Rt△ADE中,AE=AD·sin 4θ=10sin 4θ(m),
在Rt△ACE中,AE=AC·sin 2θ=30sin 2θ(m),
∴10sin 4θ=30sin 2θ,
即20sin 2θcos 2θ=30sin 2θ,∴cos 2θ=,
又2θ∈,∴2θ=,∴θ=,
∴AE=30sin=15(m),
∴θ=,建筑物AE的高为15 m.
课时跟踪检测(十七) 两角和与差的余弦
A级——学考水平达标练
1.cos 165°的值是(  )
A. B.
C. D.
解析:选D cos 165°=cos(180°-15°)
=-cos 15°=-cos(45°-30°)
=-cos 45°cos 30°-sin 45°sin 30°
=-×-×=.
2.已知点P(1,)是角α终边上一点,则cos等于(  )
A. B.
C.- D.
解析:选B 由题意可得sin α=,cos α=,
则cos=cos cos α-sin sin α=×-×=.
3.若α∈[0,π],sinsin+coscos=0,则α的值是(  )
A. B.
C. D.
解析:选D 由已知得coscos+sinsin=0,即cos=cos α=0,又α∈[0,π],所以α=.
4.函数f(x)=cos x·的最小正周期为(  )
A.2π B.π
C. D.
解析:选A f(x)=cos x·
=cos x·
=2
=2cos,∴T=2π.
5.在△ABC中,若sin Asin CA.锐角三角形 B.直角三角形
C.钝角三角形 D.不确定
解析:选C 因为sin Asin C0,即cos(A+C)>0,所以cos B<0,即B为钝角.
6.设α,β为钝角,且sin α=,cos β=-,则α+β的值为(  )
A. B.
C. D.或
解析:选C 因为α,β为钝角,sin α=,
所以cos α=-
=- =-.
由cos β=-,得
sin β== =,
所以cos(α+β)=cos αcos β-sin αsin β
=×-×=.
又因为π<α+β<2π,所以α+β=.
7.=________.
解析:=
==.
答案:
8.已知cos α=,cos(β-α)=,且0<β<α<π,则cos β=________.
解析:∵cos α=,cos(β-α)=,
且0<β<α<π,
∴-π<β-α<0,sin α==,
∴sin(β-α)=-=-,
∴cos β=cos[(β-α)+α]
=cos(β-α)cos α-sin(β-α)sin α
=×-×=.
答案:
9.若0<α<,-<β<0,cos α=,cos=,求cos的值.
解:由cos α=,0<α<,所以sin α=.
由cos=,-<<0,所以sin=-.
所以cos=cos αcos+sin αsin=×+×=-.
10.如图,在平面直角坐标系xOy中,以Ox为始边作两个锐角α,β,它们的终边分别与单位圆相交于A,B两点,已知点A,B的横坐标分别为,.求cos(α+β)的值.
解:依题意,得cos α=,cos β=.
因为α,β为锐角,所以sin α=,sin β=.
所以cos(α+β)=cos αcos β-sin αsin β
=×-×=-.
B级——高考水平高分练
1.若cos 5xcos(-2x)-sin(-5x)sin 2x=0,则x的值可能是(  )
A. B.
C. D.
解析:选B 因为cos 5xcos(-2x)-sin(-5x)sin 2x=cos 5xcos 2x+sin 5xsin 2x=cos(5x-2x)=cos 3x=0,所以3x=+kπ,k∈Z,即x=+,k∈Z,
所以当k=0时,x=.
2.若sin=-,sin=,其中<α<,<β<,则角α+β的值为(  )
A. B.
C. D.
解析:选B 因为<α<,所以-<-α<0,
因为<β<,所以<+β<,
由已知可得cos=,cos=-.
则cos(α+β)=cos
=coscos+sinsin
=×+×=-.
因为<α+β<π,所以α+β=.
3.已知sin α+sin β+sin γ=0,cos α+cos β+cos γ=0,则cos(α-β)的值是________.
解析:sin α+sin β=-sin γ,①
cos α+cos β=-cos γ,②
①2+②2?2+2(sin αsin β+cos αcos β)=1?cos(α-β)=-.
答案:-
4.已知点P(1,)是角α终边上一点,则 sin α·cos α=________,cos=________.
解析:由题意可得sin α=,cos α=,所以sin αcos α=×=;cos=coscos α+sinsin α=×+×=.
答案: 
5.已知sin(α-β)=,sin(α+β)=-,且α-β∈,α+β∈,求cos 2β的值.
解:因为sin(α-β)=,sin(α+β)=-,且α-β∈,α+β∈,
所以cos(α-β)=-
=- =-,
cos(α+β)=
= =,
所以cos 2β=cos[(α+β)-(α-β)]
=cos(α+β)cos(α-β)+sin(α+β)sin(α-β)
=×+×=-.
6.已知sin α+sin β=,求cos α+cos β的取值范围.
解:由sin α+sin β=,平方可得
sin2α+2sin αsin β+sin2β=,①
设cos α+cos β=m,平方可得
cos2α+2cos αcos β+cos2β=m2,②
①+②得2+2cos αcos β+2sin αsin β=+m2,
即m2=+2cos(α-β).
∵cos(α-β)∈[-1,1],∴m2∈,
∴0≤m2≤,∴-≤m≤,
故cos α+cos β的取值范围为.
课时跟踪检测(十九) 两角和与差的正切
A级——学考水平达标练
1.与相等的是(  )
A.tan 66°        B.tan 24°
C.tan 42° D.tan 21°
解析:选B 原式==tan(45°-21°)=tan 24°.
2.在△ABC中,tan A+tan B+=tan Atan B,则角C等于(  )
A. B.
C. D.
解析:选A 由已知,得tan A+tan B=(tan Atan B-1),
即=-,∴tan(A+B)=-,
∴tan C=tan[π-(A+B)]=-tan(A+B)=,
∴C=.
3.已知tan α=,则的值是(  )
A.2 B.
C.-1 D.-3
解析:选B 法一:因为tan α=,所以tan
===3,
所以==.故选B.
法二:=
=tan=tan α=.故选B.
4.已知tan(α+β)=3,tan(α-β)=5,则tan 2α的值为(  )
A.- B.
C. D.-
解析:选A tan 2α=tan[(α+β)+(α-β)]====-.
5.设tan α,tan β是方程x2-3x+2=0的两根,则tan(α+β)的值为(  )
A.-3 B.-1
C.1 D.3
解析:选A 因为tan α,tan β是方程x2-3x+2=0的两根,所以tan α+tan β=3,tan αtan β=2,故tan(α+β)===-3,故选A.
6.已知tan(α+β)=7,tan α=,且β∈(0,π),则β的值为________.
解析:由tan(α+β)==7,即=7,解得tan β=1,又∵β∈(0,π),∴β=.
答案:
7.(2018·通州模拟)已知P(2,m)为角α终边上一点,且tan=,则sin α=________.
解析:∵P(2,m)为角α终边上一点,∴tan α=,
再根据tan===,∴m=-1,
故x=2,y=-1,r=|OP|==,
则sin α===-.
答案:-
8.若(tan α-1)(tan β-1)=2,则α+β的最小正值为___________________________.
解析:(tan α-1)(tan β-1)=2?tan αtan β-tan α-tan β+1=2?tan α+tan β=tan αtan β-1?=-1,
即tan(α+β)=-1,∴α+β=kπ-,k∈Z.
当k=1时,α+β取得最小正值.
答案:
9.化简:tan(18°-x)tan(12°+x)+[tan(18°-x)+tan(12°+x)].
解:∵tan[(18°-x)+(12°+x)]
==tan 30°=,
∴tan(18°-x)+tan(12°+x)=[1-tan(18°-x)·tan(12°+x)].
∴原式=tan(18°-x)tan(12°+x)+×[1-tan(18°-x)tan(12°+x)]=1.
10.如图,在平面直角坐标系xOy中,以x轴的正半轴为始边作两个锐角α,β,它们的终边分别与单位圆交于A,B两点,已知A,B的横坐标分别为,.
(1)求tan(α+β)的值;
(2)求α+2β的值.
解:由条件得cos α=,cos β=.
∵α,β为锐角,∴sin α==,
sin β==,因此tan α=7,tan β=.
(1)tan(α+β)===-3.
(2)∵tan(α+2β)=tan[(α+β)+β]
===-1,
又∵α,β为锐角,∴0<α+2β<,∴α+2β=.
B级——高考水平高分练
1.已知α+β=,则(1-tan α)(1-tan β)=(  )
A.2 B.-2
C.1 D.-1
解析:选A ∵-1=tan(α+β)=,∴tan α+tan β=-1+tan αtan β.∴(1-tan α)(1-tan β)=1-tan α-tan β+tan αtan β=2.
2.在锐角△ABC中,tan A·tan B的值(  )
A.不小于1 B.小于1
C.等于1 D.大于1
解析:选D 在锐角△ABC中,A+B+C=π,则C=π-(A+B),tan A>0,tan B>0.由tan C=-tan(A+B)=->0,得tan A·tan B>1.
3.如图,在矩形ABCD中,AB=a,BC=2a,在BC上取一点P,使得AB+BP=PD,求tan∠APD的值.
解:由AB+BP=PD,得a+BP=,
解得BP=a.
设∠APB=α,∠DPC=β,
则tan α==,tan β==,
∴tan(α+β)==-18,
又∠APD+α+β=π,∴tan∠APD=18.
4.是否存在锐角α和β,使得①α+2β=和②tan ·tan β=2- 同时成立?若存在,求出α和β的值;若不存在,请说明理由.
解:由①得+β=,∴tan==.
将②代入上式得tan +tan β=3-.
因此,tan 与tan β是一元二次方程x2-(3-)x+2-=0的两根.解得x1=1,x2=2-.
若tan =1,由于0<<,∴这样的α不存在.
故只能是tan =2-,tan β=1.
由于α,β均为锐角,∴α=,β=.
故存在锐角α=,β=使①②同时成立.
课时跟踪检测(十五) 向量数量积的运算律
A级——学考水平达标练
1.已知|a|=2,|b|=1,且a与b的夹角为,则向量m=a-4b的模为(  )
A.2 B.2
C.6 D.12
解析:选B |m|2=|a-4b|2=a2-8a·b+16b2=4-8×2×1×+16=12,所以|m|=2.
2.在△ABC中,AB=3,AC=2,=,则·的值为(  )
A.- B.
C.- D.
解析:选C 因为=,所以点D是BC的中点,则=(+),==(-),
所以·=(+)·(-)=(2-2)=(22-32)=-,故选C.
3.已知|a|=|b|=1,a与b的夹角是90°,c=2a+3b,d=ka-4b,c与d垂直,则k的值为(  )
A.-6 B.6
C.3 D.-3
解析:选B 由c⊥d得c·d=0,即(2a+3b)·(ka-4b)=2k|a|2+(3k-8)a·b-12|b|2=0,所以2k+(3k-8)×1×1×cos 90°-12=0,解得k=6.故选B.
4.如图,e1,e2为互相垂直的两个单位向量,则|a+b|=(  )
A.20 B.
C.2 D.
解析:选C 由题意,知a=-e1-e2,b=-e1-e2,所以a+b=-2e1-4e2,
所以|a+b|==
==2,故选C.
5.(2019·全国卷Ⅰ)已知非零向量a,b满足|a|=2|b|,且(a-b)⊥b,则a与b的夹角为(  )
A. B.
C. D.
解析:选B 由(a-b)⊥b,可得(a-b)·b=0,
即a·b=b2.
∵|a|=2|b|,∴cos〈a,b〉===.
又∵0≤〈a,b〉≤π,∴a与b的夹角为.
6.在△ABC中,M是BC的中点,AM=1,点P在AM上且满足=2,则·(+)=________.
解析:∵AM=1,且=2,
∴||=.
如图,·(+)=·2=·=2=2=.
答案:
7.(2017·全国卷Ⅰ)已知向量a,b的夹角为60°,|a|=2,|b|=1,则|a+2b|=________.
解析:法一:易知|a+2b|===2.
法二:(数形结合法)由|a|=|2b|=2,知以a与2b为邻边可作出边长为2的菱形OACB,如图,则|a+2b|=||.又∠AOB=60°,所以|a+2b|=2.
答案:2
8.已知A,B是圆心为C,半径为的圆上的两点,且|AB|=,则·=________.
解析:由弦长|AB|=,可知∠ACB=60°,
故·=-·=-||||cos∠ACB=-.
答案:-
9.在△ABC中,=a,=b,=c,且a·b=b·c=c·a,试判断△ABC的形状.
解:如图,由a+b+c=0,得a+b=-c,即(a+b)2=(-c)2,
故a2+2a·b+b2=c2.①
同理,a2+2a·c+c2=b2,②
b2+2b·c+c2=a2.③
由①-②,得b2-c2=c2-b2,即2b2=2c2,故|b|=|c|. 同理,由①-③,得|a|=|c|.故|a|=|b|=|c|,
故△ABC为等边三角形.
10.如图,平行四边形ABCD中,已知AD=1,AB=2,对角线BD=2,求对角线AC的长.
解:设=a,=b,则=a-b,=a+b,
∵||=|a-b|====2,
∴5-2a·b=4,∴a·b=,
又||2=|a+b|2=a2+2a·b+b2=1+4+2a·b=6,
∴||=,即AC=.
B级——高考水平高分练
1.如图,在平行四边形ABCD中,AB=1,AD=2,点E,F,G,H分别是AB,BC,CD,AD边上的中点,则·+·=(  )
A. B.-
C. D.-
解析:选A 易知四边形EFGH为平行四边形,连接HF,取HF的中点为O,
则·=·=(-)·(+)
=2-2=1-2=,
·=·=2-2
=1-2=,
因此·+·=.
2.已知平面向量α,β,|α|=1,|β|=2,α⊥(α-2β),则|2α+β|的值是________.
解析:|α|=1,|β|=2,由α⊥(α-2β),知α·(α-2β)=0,2α·β=1,
所以|2α+β|2=4α2+4α·β+β2=4+2+4=10,故|2α+β|=.
答案:
3.设向量a,b,c满足a+b+c=0,(a-b)⊥c,a⊥b,若|a|=1,则|a|2+|b|2+|c|2的值是________.
解析:法一:由a+b+c=0得c=-a-b.又(a-b)·c=0,∴(a-b)·(-a-b)=0,即a2=b2.
则c2=(a+b)2=a2+b2+2a·b=a2+b2=2,
∴|a|2+|b|2+|c|2=4.
法二:如图,作==a,=b,则=c.
∵a⊥b,∴AB⊥BC,又∵a-b=-=,(a-b)⊥c,∴CD⊥CA,因此△ABC是等腰直角三角形.
∵|a|=1,∴|b|=1,|c|=,∴|a|2+|b|2+|c|2=4.
答案:4
4.已知单位向量e1,e2的夹角为60°,求向量a=e1+e2,b=e2-2e1的夹角.
解:∵e1,e2为单位向量且夹角为60°,
∴e1·e2=1×1×cos 60°=.
∵a·b=(e1+e2)·(e2-2e1)=-2-e1·e2+1=-2-+1=-,
|a|== = =,
|b|== = =,
∴cos θ==-×=-.
又∵θ∈[0°,180°],∴θ=120°,∴a与b的夹角为120°.
5.在Rt△ABC中,∠C=90°,BC=4,AC=6,求两条直角边的中线所夹的锐角的余弦值.
解:如图,在Rt△ABC中,∠C=90°,D,E分别是BC,AC边的中点,BC=4,AC=6,
则CD=2,CE=3,
∴||===2,
||==5,
·=(+)·(+)=·+·+·+·=6×3+0+0+2×4=26.
设与的夹角为θ,则
cos θ===.
故直线AD与BE所夹的锐角的余弦值为.
课时跟踪检测(十八) 两角和与差的正弦
A级——学考水平达标练
1.已知sin α=,cos(α+β)=-1,则sin(2α+β)=(  )
A.- B.
C.- D.
解析:选A 因为cos(α+β)=-1,则sin(α+β)=0,所以sin(2α+β)=sin[α+(α+β)]=sin αcos(α+β)+cos α·sin(α+β)=×(-1)+0=-.
2.若sin(α+β)cos β-cos(α+β)sin β=0,则sin(α+2β)+sin(α-2β)等于(  )
A.1 B.-1
C.0 D.±1
解析:选C 由于sin(α+β)cos β-cos(α+β)sin β=sin(α+β-β)=sin α=0,所以α=kπ,k∈Z.当k为偶数时,sin(α+2β)+sin(α-2β)=sin 2β-sin 2β=0;当k为奇数时,sin(α+2β)+sin(α-2β)=-sin 2β+sin 2β=0.
综上可知,sin(α+2β)+sin(α-2β)=0.
3.sin θ+sin+sin的值为(  )
A.0 B.
C.1 D.2
解析:选A 原式=sin θ+sin θcos+cos θsin+sin θcos+cos θsin=sin θ-sin θ+cos θ-sin θ-cos θ=0.
4.在△ABC中,如果sin A=2sin Ccos B,那么这个三角形是(  )
A.锐角三角形 B.直角三角形
C.等腰三角形 D.等边三角形
解析:选C ∵A+B+C=π,∴A=π-(B+C).
由已知可得sin(B+C)=2sin Ccos B
?sin Bcos C+cos Bsin C=2sin Ccos B
?sin Bcos C-cos Bsin C=0?sin(B-C)=0.
∵0<B<π,0<C<π,∴-π<B-C<π.
∴B=C.故△ABC为等腰三角形.
5.设△ABC的三个内角分别为A,B,C,向量m=(sin A,sin B),n=(cos B,cos A),若m·n=1+cos(A+B),则C=(  )
A. B.
C. D.
解析:选C ∵m·n=1+cos(A+B)=sin Acos B+cos Asin B,∴sin(A+B)=1+cos(A+B).
又A+B=π-C,整理得sin=,∵0<C<π,∴<C+<,∴C+=,∴C=.
6.化简:sin(α+β)+sin(α-β)+2sin αsin=_____________________.
解析:原式=sin αcos β+cos αsin β+sin αcos β-cos α·sin β-2sin αcos β=2sin αcos β-2sin αcos β=0.
答案:0
7.函数f(x)=sin x-cos x,x∈的最小值为_______________________.
解析:f(x)=sin,x∈.
∵-≤x-≤,∴f(x)min=sin=-1.
答案:-1
8.在△ABC中,A=,cos B=,则sin C等于_________________________.
解析:由题意知,sin B=,则sin C=sin[π-(A+B)]=sin(A+B)=sin Acos B+cos Asin B=×+×=.
答案:
9.已知函数f(x)=asin x+bcos x的图像经过点和.
(1)求实数a和b的值,并判断f(x)的周期性;
(2)当x为何值时,f(x)取得最大值?
解:(1)依题意,有?
故f(x)=sin x-cos x=2sin.
∴f(x)的最小正周期为2π.
(2)由(1)知f(x)=2sin.
因此,当x-=2kπ+(k∈Z),即x=2kπ+(k∈Z)时,f(x)取得最大值2.
10.已知<α<,0<β<,cos=-,sin=,求sin(α+β)的值.
解:因为<α<,所以<+α<π,
所以sin= =.
又因为0<β <,所以<+β <π,
所以cos=-=-,
所以sin(α+β)=-sin(π+α+β)=-sin=-=-=.
B级——高考水平高分练
1.已知f(x)=sin,若sin α=,则f=(  )
A. B.-
C. D.-
解析:选B 因为<α<π,sin α=,所以cos α=-,因为f(x)=sin,所以f=sin=sin=sin αcos+cos αsin==-.
2.已知A(3,0),B(0,3),C(cos α,sin α),若·=-1,则sin等于(  )
A. B.
C. D.
解析:选B =(cos α-3,sin α),=(cos α,sin α-3),·=(cos α-3)cos α+sin α(sin α-3)=1-3(sin α+cos α)=-1,所以3(sin α+cos α)=2,
即3sin=2,所以sin=.
3.已知函数f(x)=sin-sin,则此函数的周期T=________;若-≤x≤,则此函数的值域是________.
解析:因为f(x)=sin-sin=sin xcos +cos xsin -sin xcos +cos xsin =cos x,所以函数f(x)的最小正周期T==2π. 又-≤x≤,所以≤f(x)≤1.
答案:2π 
4.已知cos+sin α=,则sin=____________________________.
解析:由cos+sin α=cos αcos +sin αsin +sin α=cos α+sin α=,
得cos α+sin α=,即sin=,
所以sin=sin=-sin=-.
答案:-
5.求下列各式的值.
(1);(2).
解:(1)原式=

==tan 60°=.
(2)原式=

==.
6.若函数f(x)=(1+tan x)cos x,0≤x<.
(1)把f(x)化成Asin(ωx+φ)的形式;
(2)判断f(x)在上的单调性,并求f(x)的最大值.
解:(1)f(x)=(1+tan x)cos x
=cos x+··cos x=cos x+sin x
=2=2
=2sin.
(2)∵0≤x<,∴f(x)在上是单调递增函数,在上是单调递减函数.
∴当x=时,f(x)有最大值为2.
课时跟踪检测(十六) 向量数量积的坐标运算
A级——学考水平达标练
1.设a=(1,-2),b=(3,1),c=(-1,1),则(a+b)·(a-c)等于(  )
A.11 B.5
C.-14 D.10
解析:选A 因为a+b=(4,-1),a-c=(2,-3),
所以(a+b)·(a-c)=4×2+(-1)×(-3)=11.
2.已知向量a=(1,),b=(-2,2),则a与b的夹角是(  )
A. B.
C. D.
解析:选C 设a与b的夹角为θ,则cos θ===,解得θ=.故选C.
3.设x∈R,向量a=(x,1),b=(1,-2),且a⊥b,则|a+b|=(  )
A. B.
C.2 D.10
解析:选B 由a⊥b得a·b=0,
∴x×1+1×(-2)=0,即x=2,
∴a+b=(3,-1),
∴|a+b|==.
4.a,b为平面向量,已知a=(4,3),2a+b=(3,18),则a,b夹角的余弦值等于(  )
A. B.-
C. D.-
解析:选C 设b=(x,y),则2a+b=(8+x,6+y)=(3,18),所以解得故b=(-5,12),所以cos〈a,b〉==.
5.已知A(-2,1),B(6,-3),C(0,5),则△ABC的形状是(  )
A.直角三角形 B.锐角三角形
C.钝角三角形 D.等边三角形
解析:选A 由题设知=(8,-4),=(2,4),=(-6,8),∴·=2×8+(-4)×4=0,即⊥.
∴∠BAC=90°,
故△ABC是直角三角形.
6.在平面直角坐标系xOy中,正方形OABC的对角线OB的两端点坐标分别为O(0,0),B(1,1),则·=________.
解析:如图所示,在正方形OABC中,A(0,1),C(1,0)(当然两者位置可互换,不影响最终结果),则=(1,0),=(1,-1),从而·=(1,0)·(1,-1)=1×1+0×(-1)=1.
答案:1
7.在平行四边形ABCD中,=(1,2),=(-3,2),则·=________.
解析:设AC,BD相交于点O,则=+=+=+=(-1,2).又=(1,2),∴·=(-1,2)·(1,2)=-1+4=3.
答案:3
8.已知直角梯形ABCD中,AD∥BC,∠ADC=90°,AD=2,BC=1,P是腰DC上的动点,则|+3|的最小值为________.
解析:建立平面直角坐标系如图所示.
设P(0,y),C(0,b),则B(1,b),A(2,0),则+3=(2,-y)+3(1,b-y)=(5,3b-4y).
∴|+3|2=25+(3b-4y)2(0≤y≤b),
当y=b时,|+3|最小,|+3|min=5.
答案:5
9.在平面直角坐标系xOy中,已知点A(1,4),B(-2,3),C(2,-1).
(1)求·及|+|;
(2)设实数t满足(-t)⊥,求t的值.
解:(1)∵=(-3,-1),=(1,-5),
∴·=-3×1+(-1)×(-5)=2.
∵+=(-2,-6),
∴|+|==2.
(2)∵-t=(-3-2t,-1+t),=(2,-1),且(-t)⊥,
∴(-t)·=0,
∴(-3-2t)×2+(-1+t)·(-1)=0,
∴t=-1.
10.已知三个点A,B,C的坐标分别为(3,-4),(6,-3),(5-m,-3-m),若△ABC为直角三角形,求实数m的值.
解:由已知,得=(3,1),=(2-m,1-m),
=(-1-m,-m).
当∠A为直角时,⊥,则·=3(2-m)+1-m=0,解得m=.
当∠B为直角时,⊥,则·=3(-1-m)-m=0,解得m=-.
当∠C为直角时,⊥,则·=(2-m)(-1-m)+(1-m)(-m)=0,
即m2-m-1=0,解得m=.
综上,当△ABC为直角三角形时,m的值为或-或.
B级——高考水平高分练
1.在平行四边形ABCD中,=(1,0),=(2,2),则·等于(  )
A.-4 B.-2
C.2 D.4
解析:选D ·=(-)·(-2)=+2-3·=8+2-3×2=4.故选D.
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______.
解析:以D为坐标原点,建立平面直角坐标系如图所示.
则D(0,0),A(1,0),B(1,1),C(0,1),
设E(1,a)(0≤a≤1).
所以·=(1,a)·(1,0)=1,
·=(1,a)·(0,1)=a≤1,
故·的最大值为1.
答案:1 1
3.已知△ABO三顶点的坐标为A(1,0),B(0,2),O(0,0),P(x,y)是坐标平面内一点,且满足·≤0,·≥0,则·的最小值为________.
解析:由已知得·=(x-1,y)·(1,0)=x-1≤0,且·=(x,y-2)·(0,2)=2(y-2)≥0,即x≤1,且y≥2,所以·=(x,y)·(-1,2)=-x+2y≥-1+4=3.
答案:3
4.已知点A(2,3),若把向量绕原点O按逆时针旋转90°得到向量,则点B的坐标为________.
解析:设B(x,y)(x<0),则⊥,且||=||.
∴解得∴B(-3,2).
答案: (-3,2)
5.在平面直角坐标系xOy中,点A(-1,-2),B(2,3),C(-2,-1).
(1)求以线段AB,AC为邻边的平行四边形的两条对角线的长;
(2)求和夹角的余弦值;
(3)是否存在实数t满足(-t)·=·,若存在,求t的值;若不存在,说明理由.
解:(1)由题意知=(3,5),=(-1,1),
则+=(2,6),-=(4,4),
所以|+|=2,|-|=4,
故所求的两条对角线的长分别为2,4.
(2)cos∠BAC===,
所以和夹角的余弦值为.
(3)由题设知:=(-1,-2),=(-2,-1),
-t=(3+2t,5+t).
假设存在实数t满足(-t)·=·,
则(3+2t,5+t)·(-2,-1)=4,
从而5t=-15,所以t=-3.
6.已知三个点A(2,1),B(3,2),D(-1,4).
(1)求证:AB⊥AD;
(2)要使四边形ABCD为矩形,求点C的坐标以及矩形ABCD的两条对角线所成的锐角的余弦值.
解:(1)证明:∵A(2,1),B(3,2),D(-1,4),
∴=(1,1),=(-3,3).
又·=1×(-3)+1×3=0,
∴⊥,即AB⊥AD.
(2)∵⊥,四边形ABCD为矩形,∴=.
设点C坐标为(x,y),
则=(1,1),=(x+1,y-4),
∴解得∴点C的坐标为(0,5).
由于=(-2,4),=(-4,2),
∴·=8+8=16,||=2,||=2.
设与的夹角为θ,
则cos θ===,
∴矩形ABCD的两条对角线所成的锐角的余弦值为.
课时跟踪检测(十四) 向量数量积的概念
A级——学考水平达标练
1.已知|a|=3,b在a上的投影的数量为,则a·b=(  )
A.9 B.
C.2 D.
解析:选C a·b=3×=2.
2.已知a·b=-12,|a|=4,a和b的夹角为135°,则|b|=(  )
A.12 B.3
C.6 D.3
解析:选B 由已知得-12=4×|b|×cos 135°,因此|b|=3.
3.在△ABC中,=a,=b,且b·a=0,则△ABC是(  )
A.锐角三角形 B.钝角三角形
C.直角三角形 D.无法确定
解析:选C 在△ABC中,因为b·a=0,所以b⊥a,故△ABC为直角三角形.
4.已知菱形ABCD的边长为a,∠ABC=60°,则·=(  )
A.-a2 B.-a2
C.a2 D.a2
解析:选D 如图,∵四边形ABCD为菱形,∠ABC=60°,边长为a,
∴||=a.∵与的夹角为30°,∴·=||||cos 30°=a·a·=a2.
5.定义:|a×b|=|a||b|sin θ,其中θ为向量a与b的夹角,若|a|=2,|b|=5,a·b=-6,则|a×b|等于(  )
A.8 B.-8
C.8或-8 D.6
解析:选A ∵|a|=2,|b|=5,a·b=-6,
∴cos θ===-.
又θ∈[0,π],∴sin θ==,
∴|a×b|=|a||b|sin θ=2×5×=8.
6.如图,在△ABC中,,的夹角与,的夹角的关系为________.
解析:根据向量夹角定义可知向量,的夹角为∠BAC,而向量,的夹角为π-∠BAC,故二者互补.
答案:互补
7.已知等腰△ABC的底边BC长为4,则·=________________________.
解析:如图,过点A作AD⊥BC,垂足为D. 因为AB=AC,所以BD=BC=2,
于是| |cos∠ABC=||=2,
所以·=||||cos∠ABC
=4×2=8.
答案:8
8.在等腰△ABC中,AB=AC=2,∠ACB=,D是BC的中点,则在上的投影的数量是________.
解析:设与的夹角为θ,
∵AB=AC=2,∠ACB=.
∴θ=.
∴投影的数量为2×cos=-.
答案:-
9.若△ABC外接圆的半径为1,圆心为O,2++=0且||=||,求·.
解:∵2++=0,∴+++=0,
∴+=0,即=-.
∴O,B,C三点共线,BC为圆的直径.
∴AB⊥AC.
又||=||,∴||=| |=1,||=2,||=.
故∠ACB=.则·=×2cos =3.
10.在△ABC中,已知||=5,||=4,||=3,求:
(1)·;
(2) 在上投影的数量.
解:因为||=5,||=4,||=3,
所以△ABC为直角三角形,且C=90°.
所以cos A==,cos B==.
(1)·=-·=-5×4×=-16.
(2)||cos〈,〉=||cos A=3×=,
即 在 上投影的数量为.
B级——高考水平高分练
1.已知平面上三点A,B,C,满足||=3,||=4,||=5,则·+·+·的值等于(  )
A.-7 B.7
C.25 D.-25
解析:选D 由条件知∠ABC=90°,所以原式=0+4×5cos(180°-C)+5×3cos(180°-A)=-20cos C-15cos A=-20×-15×=-16-9=-25.
2.在△ABC中,已知∠A=120°,∠B=∠C=30°,AB=AC=1,则·+·+·=________.
解析:过A作AD⊥BC于点D.
∵AB=AC,
∴BC=2BD=2ABcos B=2×1×=.
·=||||cos(180°-30°)=1××=-,
·=||||cos(180°-30°)=×1×=-,
·=||||cos(180°-120°)=1×1×=.
∴·+·+·=--+=-.
答案:-
3.在等腰直角三角形ABC中,AB=BC=4,则·=________,·=________,·=________.
解析:由题意,得||=4,||=4,||=4,
所以·=4×4×cos 90°=0,·=4×4×cos 135°=-16,·=4×4×cos 135°=-16.
答案:0 -16 -16
4.已知在△ABC中,=c,=a,=b,若|c|=m,|b|=n,〈b,c〉=θ.
(1)试用m,n,θ表示S△ABC;
(2)若c·b<0,且S△ABC=,|c|=3,|b|=5,则〈c,b〉为多少?
解:(1)S△ABC=AB·h=AB·AC·sin∠CAB=mnsin θ.
(2)∵S△ABC==|b||c|sin θ,
∴=×5×3sin θ,∴sin θ=.
∵c·b<0,∴θ为钝角.
∴θ=150°,即〈b,c〉=150°.
5.如图,扇形AOB的弧的中点为M,动点C,D分别在OA,OB上,且OC=BD,OA=1,∠AOB=120°.
(1)若点D是线段OB靠近点O的四分之一分点,用,表示向量.
(2)求·的取值范围.
解:(1)由已知可得=,=-,
易得四边形OAMB是菱形,则=+,
所以=-=-(+)
=--.
(2)易知∠DMC=60°,且||=||,那么只需求MC的最大值与最小值即可.
当MC⊥OA时,MC最小,此时MC=,则·=××cos 60°=.
当MC与MO重合时,MC最大,此时MC=1,则·=cos 60°=.
所以·的取值范围为.