高中数学典型例题解析平面向量与空间向量

高中数学典型例题分析第八章平面向量与空间向量§8.1平面向量及其运算一、、疑难知识导析1．向量的概念的理解，尤其是特殊向量“零向量”向量是既有大小，又有方向的量．向量的模是正数或0，是可以进行大小比较的，由于方向不能比较大小，所以向量是不能比大小的．两个向量的模相等，方向相同，我们称这两个向量相等，两个零向量是相等的，零向量与任何向量平行，与任何向量都是共线向量；2．在运用三角形法则和平行四边形法则求向量的加减法时要注意起点和终点；3．对于坐标形式给出的两个向量，在运用平行与垂直的充要条件时，一定要区分好两个公式，切不可混淆。因此，建议在记忆时对比记忆；4．定比分点公式中则要记清哪个点是分点；还有就是此公式中横坐标和纵坐标是分开计算的；5．平移公式中首先要知道这个公式是点的平移公式，故在使用的过程中须将起始点的坐标给出，同时注意顺序。二知识导学1.模（长度）：向量AB的大小，记作|AB|。长度为０的向量称为零向量，长度等于１个单位长度的向量，叫做单位向量。2.平行向量：方向相同或相反的非零向量叫做平行向量，又叫做共线向量。3.相等向量：长度相等且方向相同的向量。4.相反向量：我们把与向量a长度相等，方向相反的向量叫做a的相反向量。记作-a。5.向量的加法：求两个向量和的运算。已知a，b。在平面内任取一点，作AB=a，BC=b，则向量AC叫做a与b的和。记作a+b。6.向量的减法：求两个向量差的运算。已知a，b。在平面内任取一点O，作OA=a，OB=b，则向量BA叫做a与b的差。记作a-b。7.实数与向量的积：（1）定义：实数λ与向量a的积是一个向量，记作λa，并规定：①λa的长度|λa|=|λ|·|a|；②当λ＞0时，λa的方向与a的方向相同；当λ＜0时，λa的方向与a的方向相反；当λ＝0时，λa=0（2）实数与向量的积的运算律：设λ、μ为实数，则①λ(μa)=(λμ)a②(λ+μ)a=λa+μa③λ(a+b)=λa+λb8.向量共线的充分条件：向量b与非零向量a共线的充要条件是有且只有一个实数λ，使得b＝λa。另外，设a=（x1,y1）,b=(x2,y2)，则a//bx1y2－x2y1=09.平面向量基本定理：如果1e、2e是同一平面内的两个不共线向量，那么对于这一平面内的任一向量a，有且只有一对实数λ1、λ2使a＝λ11e＋λ22e，其中不共线向量1e、2e叫做表示这一平面内所有向量的一组基底。10.定比分点设P1，P2是直线l上的两点，点P是不同于P1，P2的任意一点则存在一个实数λ,使21PP=λ21PP，λ叫做分有向线段所成的比。若点P1、P、P2的坐标分别为(x1，y1)，(x,y)，(x2,y2)，则有特别当λ=1，即当点P是线段P1P2的中点时，有222121yyyxxx11.平面向量的数量积(1)定义：已知两个非零向量a和b，它们的夹角为θ，则数量|a||b|cosθ叫做a与b的数量积(或内积)，记作a·b，即a·b＝|a||b|cosθ规定：零向量与任一向量的数量积是0。(2)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。(3)性质：设a，b都是非零向量，e是与b方向相同的单位向量，θ是a与e的夹角，则e·a＝a·e＝|a|cosθ，a⊥ba·b＝0当a与b同向时，a·b＝|a||b|当a与b反向时，a·b＝－|a||b|特别地，a·a＝|a|2或|a|＝aacosθ＝baba|a·b|≤|a||b|(4)运算律：a·b＝b·a(交换律)(λa)·b＝λ(b·a)＝a·(λb)(a＋b)·c＝a·c＋b·c（5）平面向量垂直的坐标表示的充要条件：设a=（x1,y1）,b=(x2,y2)，则aba·b=|a|·|b|cos90°=0abx1x2+y1y2=012.平移公式：设P（x，y）是图形F上的任意一点，它在平移后图形F/上对应点为P/（x/，y/），且设/PP的坐标为（h，k），则由/OP＝OP＋/PP，得：（x/，y/）＝（x，y）+（h，k）三、经典例题导讲[例1]和a=(3,－4)平行的单位向量是_________；错解：因为a的模等于5，所以与a平行的单位向量就是51a，即(35，－45)错因：在求解平行向量时没有考虑到方向相反的情况。正解：因为a的模等于5，所以与a平行的单位向量是51a，即(35，－45)或(－35，45)点评：平行的情况有方向相同和方向相反两种。读者可以自己再求解“和a=(3,－4)垂直的单位向量”，结果也应该是两个。[例2]已知A（2，1），B（3，2），C（-1，4），若A、B、C是平行四边形的三个顶点，求第四个顶点D的坐标。错解：设D的坐标为（x，y），则有x-2=-1-3，y-1=4-2，即x=-2，y=3。故所求D的坐标为（-2，3）。错因：思维定势。习惯上，我们认为平行四边形的四个顶点是按照ABCD的顺序。其实，在这个题目中，根本就没有指出四边形ABCD。因此，还需要分类讨论。正解：设D的坐标为（x，y）当四边形为平行四边形ABCD时，有x-2=-1-3，y-1=4-2，即x=-2，y=3。解得D的坐标为（-2，3）；当四边形为平行四边形ADBC时，有x-2=3-（-1），y-1=2-4，即x=6，y=-1。解得D的坐标为（6，-1）；当四边形为平行四边形ABDC时，有x-3=-1-2，y-2=4-1，即x=0，y=5。解得D的坐标为（0，5）。故第四个顶点D的坐标为（-2，3）或（6，-1）或（0，5）。[例3]已知P1(3,2)，P2（8，3），若点P在直线P1P2上，且满足|P1P|=2|PP2|，求点P的坐标。错解：由|P1P|=2|PP2|得，点P分P1P2所成的比为2，代入定比分点坐标公式得P（38,319）错因：对于|P1P|=2|PP2|这个等式，它所包含的不仅是点P为P1，P2的内分点这一种情况，还有点P是P1，P2的外分点。故须分情况讨论。正解：当点P为P1，P2的内分点时，P分P1P2所成的比为2，此时解得P（38,319）；当点P为P1，P2的外分点时，P分P1P2所成的比为-2，此时解得P（13，4）。则所求点P的坐标为（38,319）或（13，4）。点评：在运用定比分点坐标公式时，要审清题意，注意内外分点的情况。也就是分类讨论的数学思想。[例4]设向量),(11yxa，),(22yxb，0b，则“ba//”是“1221yxyx”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分析：根据向量的坐标运算和充要条件的意义进行演算即可．解：若ba//，∵0b，则bra，代入坐标得：),(),(2211yxryx，即21rxx且21ryy．消去r，得1221yxyx；反之，若1221yxyx，则21rxx且21ryy，即),(),(2211yxryx则bra，∴ba//故“ba//”是“1221yxyx”的充要条件．答案：C点评：本题意在巩固向量平行的坐标表示．[例5]．已知a=（1，-1），b=（-1，3），c=（3，5），求实数x、y，使c=xa+yb．分析：根据向量坐标运算和待定系数法，用方程思想求解即可．解：由题意有xa+yb=x（1，-1）+y（-1，3）=（x-y，-x+3y）．又c=（3，5）∴x-y=3且-x+3y=5解之得x=7且y=4点评：在向量的坐标运算中经常要用到解方程的方法．[例6]已知A（-1，2），B（2，8），AC=31AB，DA=-31BA，求点C、D和向量CD的坐标．分析：待定系数法设定点C、D的坐标，再根据向量ACAB，DA和CD关系进行坐标运算，用方程思想解之．解：设C、D的坐标为),(11yx、),(22yx，由题意得AC=（2,111yx），AB=（3，6），DA=（222,1yx），BA=（-3，-6）又AC=31AB，DA=-31BA∴（2,111yx）=31（3，6），（222,1yx）=-31（-3，-6）即(2,111yx)=(1,2)，(222,1yx)=(1,2)∴111x且221y，112x且222y∴01x且41y，且22x02y∴点C、D和向量CD的坐标分别为（0，4）、（-2，0）和（-2，-4）小结：本题涉及到方程思想，对学生运算能力要求较高．§8.2平面向量与代数、几何的综合应用一、疑难知识导析1．初中学过的勾股定理只是余弦定理的一种特殊情况。如当C=2时，Ccos=0，此时有222bac；2．由于本节内容与代数、几何联系比较紧，故读者需对解斜三角形、解析几何中的圆锥曲线等知识非常熟悉方可。二、知识导学1.余弦定理：三角形任何一边的平方等于其他两边平方的和，减去这两边与它们夹角的余弦的积的2倍,即Abccbacos2222Baccabcos2222Cabbaccos22222.正弦定理在一个三角形中，各边和它所对角的正弦的比相等，并且都等于外接圆的直径，即RCcBbAa2sinsinsin三经典例题导讲[例1]在ABC中，已知a2＝b2＋bc＋c2，则角A为()A．3B．6C．32D．3或32错解：选A错因：公式记不牢，误将余弦定理中的“减”记作“加”。正解：∵a2＝b2＋bc＋c2＝b2＋c2－2bc(－21)＝b2＋c2－2bc·cos32∴∠A＝32选C.[例2]在△ABC中，已知BbAacoscos，试判别其形状。错解：等腰三角形。错因：忽视了两角互补，正弦值也相等的情形。直接由BbAacoscos得，BBAAcossincossin，即BA2sin2sin，则BA22。接着下结论，所求三角形为等腰三角形正解：由BbAacoscos得，BBAAcossincossin，即BA2sin2sin则BA22或018022BA，故三角形为直角三角形或等腰三角形。[例3]在中，，其内切圆面积为，求面积。分析：题中涉及到内切圆，而内切圆直接与正弦定理联系起来了，同时正弦定理和余弦定理又由边联系起来了。解：由已知,得内切圆半径为23.由余弦定理,得三角形三边分别为16,10,14.[例5]已知定点A(2,1)与定直线l:3x-y+5=0,点B在l上移动,点M在线段AB上,且分AB的比为2,求点M的轨迹方程.分析:向量的坐标为用“数”的运算处理“形”的问题搭起了桥梁,形成了代数与几何联系的新纽带.解:设B(x0,y0),M(x,y)∴AM=(x-2,y-1),MB=(x0-x,y0-y),由题知AM=2MB∴)(21)(2200yyyxxx21322300yyxx由于3x0-y0+5=0,∴3×223x-213y+5=0化简得M的轨迹方程为9x-3y+5=0[例4]在中，试求周长的最大值。并判断此时三角形的形状。错解：由于题目中出现了角和对边，故使用余弦定理，进一步想使用不等式或二次函数求最值错因：其实这种思路从表面上看是可行的，实际上处理过程中回遇到无法进行下去的困难。正解：由正弦定理,得a=2(26)sinA,b=2(26)sinB.a+b=2(26)(sinA+sinB)=4(26)sin2BAcos2BAsin2BA=sin75o=426a+b=(26)2cos2BA≤(26)2=8+43.当a=b时,三角形周长最大,最大值为8+43+26.此时三角形为等腰三角形[例6]过抛物线:y2=2px(p0)顶点O作两条