冲刺练习
 



  
平面向量及应用

一、复习策略

  向量是数学中的重要概念,以向量为工具可以把几何问题(平面、空间)转化为简单的向量运算,变抽象的逻辑推理为具体的向量运算,实现形与数的结合.有关向量的命题,具有很强的时代气息,深受命题者的喜爱.综观近几届高考,向量由只考关于向量概念或运算小题,到考察以向量为背景的解析几何大题.尤其与圆锥曲线的综合有一定难度.在有些立体几何的解答题中,建立空间直角坐标系,以向量为工具,运用空间向量的坐标和数量积解决角度、长度的问题,比传统立体几何方法更简便快捷.向量与三角函数有着密切的联系,一个以向量和三角函数为载体的数学问题能考察中学数学多方面的内容,更能考察学生的创新意识和创造性解决问题的能力,所以向量内容在高考中的分值会逐渐增加.平面向量大题在以前高考卷很少单独出现,估计以后将会成为高考的一个命题点.但在高考中,平面向量与其他章节的综合题已经出现,因此,在复习中一方面要重视教材的基础作用,加强基础知识的学习.做到概念清、运算准,对于定比分点、图形平移等要掌握公式及寻求规律;另一方面,也要注意综合能力的训练,平面向量与空间向量的数量积及坐标运算是高考重点,复习中要注意培养准确运算能力和灵活运用知识的能力.

二、典例剖析

题型一:向量的有关概念与运算

  此类题经常出现在选择题与填空题中,在复习中要充分理解平面向量的相关概念,熟练掌握向量的坐标运算、数量积运算,掌握两向量共线、垂直的充要条件.

例1、(2007年全国高考II)中,已知D是AB边上一点,若,则( )

    A.     B.    C.     D.

解:

  在△ABC中,已知D是AB边上一点,若=2=,则

  =

  ∴,选A.

例2.(2007年湖南高考)设是非零向量,若函数的图象是一条直线,则必有( )

A.          B.

C.         D.

解:

  ,若函数的图象是一条直线,即其二次项系数为0,0 选A.

例3.已知| a |=1,| b |=1,ab的夹角为60°,x =2aby=3ba,则xy的夹角是多少?

解:

  由已知|a|=|b|=1,ab的夹角α为60°,得a·b=|a||b|cosα=.

  要计算xy的夹角θ,需求出|x|,|y|,x·y的值.

  ∵|x|2=x2=(2ab)2=4a2-4a·bb2=4-4×+1=3,

|y|2=y2=(3ba)2=9b2-6b·aa2=9-6×+1=7.

x·y=(2ab)·(3ba)=6a·b-2a2-3b2a·b

=7a·b-2a2-3b2 =7×-2-3=-

又∵x·y=|x||y|cosθ,即-=×cosθ,

∴cosθ=-,θ=π-arccos.

xy的夹角是π-arccos

点评:

  ①本题利用模的性质|a|2=a2,②在计算x,y的模时,还可以借助向量加法、减法的几何意义获得,如图所示,设=b=a=2a,∠BAC=60°.由向量减法的几何意义,得==2ab.由余弦定理易得||=,即|x|=,同理可得|y|=.

题型二:平面向量与函数、不等式的综合运用

  当平面向量给出的形式中含有未知数时,由向量平行或垂直的充要条件可以得到关于该未知数的关系式.在此基础上,可以设计出有关函数、不等式的综合问题.此类题的解题思路是转化为代数运算,其转化途径主要有两种:①利用向量平行或垂直的充要条件,②利用向量数量积的公式和性质.

例4.已知平面向量a=(,-1),b=().

  (1) 若存在实数k和t,使得xa+(t2-3)by=-ka+tb,且xy,试求函数的关系式k=f(t);

  (2) 根据(1)的结论,确定k=f(t)的单调区间.

解:

  (1)法一:由题意知x=(),

  y=(t-k,t+k),又xy

  故x · y×(t-k)+×(t+k)=0.

  整理得:t3-3t-4k=0,即k=t3t.

  法二:∵a=(,-1),b=(),∴=2,=1且ab

  ∵xy,∴x · y=0,即-k2+t(t2-3)2=0,

  ∴t3-3t-4k=0,即k=t3t.

  (2) 由(1)知:k=f(t) =t3t,∴kˊ=fˊ(t) =t2

  令kˊ<0得-1<t<1;令kˊ>0得t<-1或t>1.

  故k=f(t)的单调递减区间是(-1,1 ),单调递增区间是(-∞,-1)和(1,+∞).

点评:

  第(1)问中两种解法是解决向量垂直的两种常见的方法:一是先利用向量的坐标运算分别求得两个向量的坐标,再利用向量垂直的充要条件;二是直接利用向量垂直的充要条件,其过程要用到向量的数量积公式及求模公式,达到同样的求解目的(但运算过程大大简化,值得注意).第(2)问中求函数的极值运用是求导的方法,这是新旧知识交汇点处的综合运用.

演变:已知平面向量=(,-1),=(),若存在不为零的实数k和角α,使向量+(sinα-3)=-k+(sinα),且,试求实数k 的取值范围.

解:由条件可得:k=(sinα-)2,而-1≤sinα≤1,

∴当sinα=-1时,k取最大值1;sinα=1时,k取最小值-.

又∵k≠0,∴k的取值范围为.

题型三:平面向量与三角函数的综合运用

  向量与三角函数结合,题目新颖而又精巧,既符合在知识的“交汇处”构题,又加强了对双基的考查.

例5.(2007年天津高考)设两个向量其中为实数.若的取值范围是( )

   A.    B.     C.     D.

解:

  由

  可得

  设代入方程组可得

  消去化简得

  再化简得

  再令代入上式得

  可得,解不等式得

  因而,解得.故选A.

例6.设函数f (x)=a·b,其中向量a=(2cosx,1),b=(cosx,sin2x),x∈R.

  (1)若f(x)=1-,且x∈[-],求x;

  (2)若函数y=2sin2x的图象按向量c=(m,n)(<)平移后得到函数y=f(x)的图象,求实数m、n的值.

思路分析:

  本题主要考查平面向量的概念和计算、平移公式以及三角函数的恒等变换等基本技能.

解:

  (1)依题设,f(x)=(2cosx,1)·(cosx,sin2x)

          =2cos2x+sin2x=1+2sin(2x+).

  由1+2sin(2x+)=1-,得sin(2x+)=-.

  ∵-≤x≤,∴-≤2x+

  ∴2x+=-,即x=-.

  (2)函数y=2sin2x的图象按向量c=(m ,n)平移后得到函数y=2sin2(x-m)+n的图象,即函数y=f(x)的图象.

  由(1)得f (x)=,∵,∴m=-,n=1.

点评:

  ①把函数的图像按向量平移,可以看成是C上任一点按向量平移,由这些点平移后的对应点所组成的图象是Cˊ,明确了以上点的平移与整体图象平移间的这种关系,也就找到了此问题的解题途径.②一般地,函数y=f (x)的图象按向量a=(h,k)平移后的函数解析式为y-k=f(x-h).

题型四:平面向量与解析几何的综合运用

  由于向量既能体现“形”的直观位置特征,又具有“数”的良好运算性质,是数形结合与转换的桥梁和纽带,因此在向量与解析几何交汇处设计试题,已逐渐成为高考命题的一个新的亮点.平面向量与解析几何的结合通常涉及到夹角、平行、垂直、共线、轨迹等问题的处理,解决此类问题基本思路是将几何问题坐标化、符号化、数量化,从而将推理转化为运算;或者考虑向量运算的几何意义,利用其几何意义解决有关问题.

例7.椭圆的中心是原点O,它的短轴长为,相应于焦点F(c,0)(c>0)的准线l与x轴相交于点A,过点A的直线与椭圆相交于P、Q两点.

  (Ⅰ)求椭圆的方程及离心率;

  (Ⅱ)设,过点P且平行于准线l的直线与椭圆相交于另一点M,求证:

解:

  (Ⅰ) 椭圆方程为,离心率

  (Ⅱ)证明:设P(x1,y1),Q (x2,y2),又A(3,0),

  

由已知得方程组:

注意λ>1,消去x1、y1和y2,因F(2 ,0),M(x1,-y1),

.所以.

点评:

  运用向量共线的充要条件来处理解几种有关平行、共线等问题思路清晰,易于操作,比用斜率或定比分点公式研究这类问题要简捷的多.

题型五:平面向量与三角形的“心”有关问题

(I)与“重心”有关的向量问题

例8.已知O为平面内一点,A、B、C是平面上不共线的三点,动点P满足,则动点P的轨迹一定通过的( )

   A.重心    B.垂心    C.外心    D.内心

解:

  由,取BC的中点D,则,故,所以A、P、D三点共线,故动点P的轨迹一定通过的重心.故选A.

(II)与“垂心”有关的向量问题

例9.已知O为所在平面内一点,满足,则点O是的( )

   A.重心    B.垂心    C.外心    D.内心

解:

  设,由可得:,即,∴,故,同理可得,∴O是的垂心.故选B.

例10.已知O是平面上的一定点,A、B、C是平面上不共线的三个点,动点P满足,则动点P的轨迹一定通过

的( )

   A.重心    B.垂心    C.外心     D.内心

解:

  所给式子可化为

  由于.

  故,∴动点P的轨迹一定通过的垂心.故选B.

(III)与“外心”有关的向量问题

例11.已知O为所在平面内一点,若,则O是的( )

   A.重心    B.垂心     C.外心     D.内心

解:

  ,∴,即,故O是的外心.故选C.

例12.已知O是平面上的一定点,A、B、C是平面上不共线的三个动点,点P满足

,则动点P的轨迹一定通过的( )

    A.重心    B.垂心    C.外心     D.内心

解:

  设BC的中点为D,则可知当时,表示垂直于BC的向量,所以点P在BC的垂直平分线上,即动点P的轨迹一定通过的外心.故选C.

(IV)与“内心”有关的向量问题

例13.已知O为所在平面内一点,A、B、C所对的边分别为a、b、c,若,则O是的( )

    A.重心    B.垂心     C.外心    D.内心

解:

  ∵分别是方向上的单位向量,设,可知AP平分,所以AO平分,同理可证OB平分,OC平分.故应选D.

专题小结

1、要充分理解平面向量的相关概念,熟练掌握向量的坐标运算、数量积运算,掌握两向量共线、垂直的充要条件.

2、向量与函数、不等式的综合问题,解题思路是转化为代数运算,其转化途径主要有两种:①利用向量平行或垂直的充要条件,②利用向量数量积的公式和性质.

3、平面向量与解析几何的结合通常涉及到夹角、平行、垂直、共线、轨迹等问题的处理,解决此类问题基本思路是将几何问题坐标化、符号化、数量化,从而将推理转化为运算;或者考虑向量运算的几何意义,利用其几何意义解决有关问题.

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