专题6.3-平面向量的数量积及其应用---2020年高考数学一轮复习对点提分(文理科通用)(原卷版)

1第六篇平面向量与复数专题6.03平面向量的数量积及其应用【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.【知识梳理】1.平面向量数量积的有关概念(1)向量的夹角：已知两个非零向量a和b，记OA→＝a，OB→＝b，则∠AOB＝θ(0°≤θ≤180°)叫做向量a与b的夹角.(2)数量积的定义：已知两个非零向量a与b，它们的夹角为θ，则a与b的数量积(或内积)a·b＝|a||b|cos__θ.规定：零向量与任一向量的数量积为0，即0·a＝0.(3)数量积的几何意义：数量积a·b等于a的长度|a|与b在a的方向上的投影|b|cosθ的乘积.2.平面向量数量积的性质及其坐标表示设向量a＝(x1，y1)，b＝(x2，y2)，θ为向量a，b的夹角.(1)数量积：a·b＝|a||b|cosθ＝x1x2＋y1y2.(2)模：|a|＝a·a＝x21＋y21.(3)夹角：cosθ＝a·b|a||b|＝x1x2＋y1y2x21＋y21·x22＋y22.(4)两非零向量a⊥b的充要条件：a·b＝0⇔x1x2＋y1y2＝0.(5)|a·b|≤|a||b|(当且仅当a∥b时等号成立)⇔|x1x2＋y1y2|≤·22221122xyxy.3.平面向量数量积的运算律(1)a·b＝b·a(交换律).(2)λa·b＝λ(a·b)＝a·(λb)(结合律).(3)(a＋b)·c＝a·c＋b·c(分配律).2【微点提醒】1.两个向量a，b的夹角为锐角⇔a·b0且a，b不共线；两个向量a，b的夹角为钝角⇔a·b0且a，b不共线.2.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)2＝a2－2a·b＋b2.【疑误辨析】1.判断下列结论正误(在括号内打“√”或“×”)(1)两个向量的夹角的范围是0，π2.()(2)向量在另一个向量方向上的投影为数量，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a·b＝a·c(a≠0)，则b＝c.()【教材衍化】2.(必修4P108A10改编)设a，b是非零向量.“a·b＝|a||b|”是“a∥b”的()A.充分而不必要条件B.必要而不充分条件C.充分必要条件D.既不充分也不必要条件3.(必修4P108A2改编)在圆O中，长度为2的弦AB不经过圆心，则AO→·AB→的值为________.3【真题体验】4.(2018·全国Ⅱ卷)已知向量a，b满足|a|＝1，a·b＝－1，则a·(2a－b)＝()A.4B.3C.2D.05.(2018·上海嘉定区调研)平面向量a与b的夹角为45°，a＝(1，1)，|b|＝2，则|3a＋b|等于()A.13＋62B.25C.30D.346.(2017·全国Ⅰ卷)已知向量a＝(－1，2)，b＝(m，1).若向量a＋b与a垂直，则m＝________.【考点聚焦】考点一平面向量数量积的运算【例1】(1)若向量m＝(2k－1，k)与向量n＝(4，1)共线，则m·n＝()A.0B.4C.－92D.－172(2)(2018·天津卷)在如图的平面图形中，已知OM＝1，ON＝2，∠MON＝120°，BM→＝2MA→，CN→＝2NA→，则BC→·OM→的值为()A.－15B.－9C.－6D.04【规律方法】1.数量积公式a·b＝|a||b|cosθ在解题中的运用，解题过程具有一定的技巧性，需要借助向量加、减法的运算及其几何意义进行适当变形；也可建立平面直角坐标系，借助数量积的坐标运算公式a·b＝x1x2＋y1y2求解，较为简捷、明了.2.在分析两向量的夹角时，必须使两个向量的起点重合，如果起点不重合，可通过“平移”实现.【训练1】(1)在△ABC中，AB＝4，BC＝6，∠ABC＝π2，D是AC的中点，E在BC上，且AE⊥BD，则AE→·BC→等于()A.16B.12C.8D.－4(2)(2019·皖南八校三模)已知|a|＝|b|＝1，向量a与b的夹角为45°，则(a＋2b)·a＝________.考点二平面向量数量积的应用角度1平面向量的垂直【例2－1】(1)(2018·北京卷)设向量a＝(1，0)，b＝(－1，m).若a⊥(ma－b)，则m＝________.(2)(2019·宜昌二模)已知△ABC中，∠A＝120°，且AB＝3，AC＝4，若AP→＝λAB→＋AC→，且AP→⊥BC→，则实数λ的值为()A.2215B.103C.6D.127【规律方法】1.当向量a，b是非坐标形式时，要把a，b用已知的不共线向量作为基底来表示且不共线的向量要知道其5模与夹角，从而进行运算.2.数量积的运算a·b＝0⇔a⊥b中，是对非零向量而言的，若a＝0，虽然有a·b＝0，但不能说a⊥b.角度2平面向量的模【例2－2】(1)已知平面向量α，β，|α|＝1，|β|＝2，α⊥(α－2β)，则|2α＋β|的值是________.(2)(2019·杭州调研)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|PA→＋3PB→|的最小值为________.【规律方法】1.求向量的模的方法：(1)公式法，利用|a|＝a·a及(a±b)2＝|a|2±2a·b＋|b|2，把向量的模的运算转化为数量积运算；(2)几何法，利用向量的几何意义.2.求向量模的最值(范围)的方法：(1)代数法，把所求的模表示成某个变量的函数，再用求最值的方法求解；(2)几何法(数形结合法)，弄清所求的模表示的几何意义，结合动点表示的图形求解.角度3平面向量的夹角【例2－3】(1)(2019·衡水中学调研)已知非零向量a，b满足|a＋b|＝|a－b|＝233|a|，则向量a＋b与a－b的夹角为________.6(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________.【规律方法】1.研究向量的夹角应注意“共起点”；两个非零共线向量的夹角可能是0或π；注意向量夹角的取值范围是[0，π]；若题目给出向量的坐标表示，可直接套用公式cosθ＝x1x2＋y1y2x21＋y21·x22＋y22求解.2.数量积大于0说明不共线的两向量的夹角为锐角，数量积等于0说明不共线的两向量的夹角为直角，数量积小于0且两向量不共线时两向量的夹角为钝角.【训练2】(1)已知向量a＝(－2，3)，b＝(3，m)，且a⊥b，则m＝________.(2)(一题多解)(2017·全国Ⅰ卷)已知向量a，b的夹角为60°，|a|＝2，|b|＝1，则|a＋2b|＝________.(3)(2017·山东卷)已知e1，e2是互相垂直的单位向量，若3e1－e2与e1＋λe2的夹角为60°，则实数λ的值是________.考点三平面向量与三角函数【例3】(2019·潍坊摸底)在△ABC中，角A，B，C的对边分别为a，b，c，向量m＝(cos(A－B)，sin(A－B))，n＝(cosB，－sinB)，且m·n＝－35.(1)求sinA的值；(2)若a＝42，b＝5，求角B的大小及向量BA→在BC→方向上的投影.7【规律方法】平面向量与三角函数的综合问题的解题思路：(1)题目条件给出向量的坐标中含有三角函数的形式，运用向量共线或垂直或等式成立等，得到三角函数的关系式，然后求解.(2)给出用三角函数表示的向量坐标，要求的是向量的模或者其他向量的表达形式，解题思路是经过向量的运算，利用三角函数在定义域内的有界性，求得值域等.【训练3】(2019·石家庄模拟)已知A，B，C分别为△ABC的三边a，b，c所对的角，向量m＝(sinA，sinB)，n＝(cosB，cosA)，且m·n＝sin2C.(1)求角C的大小；(2)若sinA，sinC，sinB成等差数列，且CA→·(AB→－AC→)＝18，求边c的长.8【反思与感悟】1.计算向量数量积的三种方法定义、坐标运算、数量积的几何意义，要灵活运用，与图形有关的不要忽略数量积几何意义的应用.2.求向量模的常用方法利用公式|a|2＝a2，将模的运算转化为向量的数量积的运算.3.利用向量垂直或平行的条件构造方程或函数是求参数或最值问题常用的方法与技巧.【易错防范】数量积运算律要准确理解、应用，例如，a·b＝a·c(a≠0)不能得出b＝c，两边不能约去一个向量.数量积运算不满足结合律，(a·b)·c不一定等于a·(b·c).【核心素养提升】【数学运算、数学建模】——平面向量与三角形的“四心”1.数学运算是指在明晰运算的基础上，依据运算法则解决数学问题的素养.通过学习平面向量与三角形的“四心”，学生能进一步发展数学运算能力，形成规范化思考问题的品质，养成一丝不苟、严谨求实的科学精神.2.数学建模要求在熟悉的情境中，发现问题并转化为数学问题，能够在关联的情境中，经历数学建模的过程，理解数学建模的意义.本系列通过学习平面向量与三角形的“四心”模型，能够培养学生用模型的思想解决相关问题.设O为△ABC所在平面上一点，内角A，B，C所对的边分别为a，b，c，则(1)O为△ABC的外心⇔|OA→|＝|OB→|＝|OC→|＝a2sinA.(2)O为△ABC的重心⇔OA→＋OB→＋OC→＝0.(3)O为△ABC的垂心⇔OA→·OB→＝OB→·OC→＝OC→·OA→.(4)O为△ABC的内心⇔aOA→＋bOB→＋cOC→＝0.类型1平面向量与三角形的“重心”【例1】已知A，B，C是平面上不共线的三点，O为坐标原点，动点P满足OP→＝13[(1－λ)OA→＋(1－λ)OB→＋(1＋2λ)·OC→]，λ∈R，则点P的轨迹一定经过()A.△ABC的内心B.△ABC的垂心C.△ABC的重心D.AB边的中点9类型2平面向量与三角形的“内心”问题【例2】在△ABC中，AB＝5，AC＝6，cosA＝15，O是△ABC的内心，若OP→＝xOB→＋yOC→，其中x，y∈[0，1]，则动点P的轨迹所覆盖图形的面积为()A.1063B.1463C.43D.62类型3平面向量与三角形的“垂心”问题【例3】已知O是平面上的一个定点，A，B，C是平面上不共线的三个点，动点P满足OP→＝OA→＋λAB→|AB→|cosB+AC→|AC→|cosC，λ∈(0，＋∞)，则动点P的轨迹一定通过△ABC的()A.重心B.垂心C.外心D.内心类型4平面向量与三角形的“外心”问题【例4】已知在△ABC中，AB＝1，BC＝6，AC＝2，点O为△ABC的外心，若AO→＝xAB→＋yAC→，则有序实数对(x，y)为()A.45，35B.35，4510C.－45，35D.－35，45【分层训练】【基础巩固题组】(建议用时：40分钟)一、选择题1.已知向量a＝(m－1，1)，b＝(m，－2)，则“m＝2”是“a⊥b”的()A.充分不必要条件B.必要不充分条件C.充要条件D.既不充分也不必要条件2.(2019·北京通州区二模)已知非零向量a，b的夹角为60°，且|b|＝1，|2a－b|＝1，则|a|＝()A.12B.1C.2D.2113.(2019·石家庄二模)若两个非零向量a，b满足|a＋b|＝|a－b|＝2|b|，则向量a＋b与a的夹角为()A.π3B.2π3C.5π6D.π64.如图，在等腰梯形ABCD中，AB＝4，BC＝CD＝2，若E，F分别是边BC，AB上的点，且满足BEBC＝AFAB＝λ，则当AE→·DF→＝0时，λ的值所在的区间是()A.18，14B.14，38C.38，12D.12，585.(2017·浙江卷)如图，已知平面四边形ABCD，AB⊥BC，AB＝BC＝AD＝2，CD＝