2.4.2平面向量数量积的坐标表示、模、夹角 学习目标:1.掌握平面向量数量积的坐标表示及其运算.(重点)2.会运用向量坐标运算 求解与向量垂直、夹角等相关问题.(难点)3.分清向量平行与垂直的坐标表示.(易混点) [自主预习·探新知] 1.平面向量数量积的坐标表示: 设向量a=(,y),b=(X,y),a与b的夹角为0 数量积 ·b=x+y巧 向量垂直 a⊥b土kk≡0 2向量模的公式:设a=(x,n),则|a=√+n 3.两点间的距离公式:若A(x,),Bx,y),则AB=√k-x+B- 4.向量的夹角公式:设两非零向量a=(,y),b=(X,y),a与b夹角为O,则 cos 6 b lall 内起+ 基础自测] 1.思考辨析 (1)两个非零向量a=(X,n),b=(,y),满足一=0,则向量a,b的夹角 为0°.() (2)已知a=(x,y),b=(x,y),a⊥b台题一五巧=0.() (3)若两个向量的数量积的坐标和小于零,则两个向量的夹角一定为钝角.() [解析](1)×.因为当x巧一巧=0时,向量a,b的夹角也可能为180° (2)×,a⊥b台xx2+yy=0 (3)×.因为两向量的夹角有可能为180° [答案](1)×(2)×(3) 2.已知a=(2,-1),b=(2,3),则a·b= 12V5[a·b=2×2+(-1)×3=1,a+b=(4,2),|a+b=V+2=2V. 3.已知向量a=(1,3),b=(-2,m),若a⊥b,则m 2B为a⊥b,所以a·b=1×(-2)+3m=0, 2 解得m==.] 4.已知a=(3,4),b=(5,12),则a与b夹角的余弦值为 65[因为a·b=3×5+4×12=63,|a|=√32+4=5,|b √5+12=13
朝花夕拾杯中酒 和任何人呵呵呵 2.4.2 平面向量数量积的坐标表示、模、夹角 学习目标:1.掌握平面向量数量积的坐标表示及其运算.(重点)2.会运用向量坐标运算 求解与向量垂直、夹角等相关问题.(难点)3.分清向量平行与垂直的坐标表示.(易混点) [自 主 预 习·探 新 知] 1.平面向量数量积的坐标表示: 设向量 a=(x1,y1),b=(x2,y2),a 与 b 的夹角为 θ. 数量积 a·b=x1x2+y1y2 向量垂直 a⊥b⇔x1x2+y1y2=0 2.向量模的公式:设 a=(x1,y1),则|a|= x 2 1+y 2 1. 3.两点间的距离公式:若 A(x1,y1),B(x2,y2),则|AB → |= x2-x1 2+ y2-y1 2 . 4.向量的夹角公式:设两非零向量 a=(x1,y1),b=(x2,y2),a 与 b 夹角为 θ,则 cos θ= a·b |a||b| = x1x2+y1y2 x 2 1+y 2 1 x 2 2+y 2 2 . [基础自测] 1.思考辨析 (1)两个非零向量 a=(x1,y1),b=(x2,y2),满足 x1y2-x2y1=0,则向量 a,b 的夹角 为 0°.( ) (2)已知 a=(x1,y1),b=(x2,y2),a⊥b⇔x1x2-y1y2=0.( ) (3)若两个向量的数量积的坐标和小于零,则两个向量的夹角一定为钝角.( ) [解析] (1)×.因为当 x1y2-x2y1=0 时,向量 a,b 的夹角也可能为 180°. (2)×.a⊥b⇔x1x2+y1y2=0. (3)×.因为两向量的夹角有可能为 180°. [答案] (1)× (2)× (3)× 2.已知 a=(2,-1),b=(2,3),则 a·b=________,|a+b|=________. 1 2 5 [a·b=2×2+(-1)×3=1,a+b=(4,2),|a+b|= 4 2+2 2=2 5.] 3.已知向量 a=(1,3),b=(-2,m),若 a⊥b,则 m=________. 2 3 [因为 a⊥b,所以 a·b=1×(-2)+3m=0, 解得 m= 2 3 .] 4.已知 a=(3,4),b=(5,12),则 a 与 b 夹角的余弦值为________. 63 65 [因为 a·b=3×5+4×12=63,|a|= 3 2+4 2=5,|b|= 5 2+122=13
所以与b夹角的余弦值为a1b份5-时 [合作探究·攻重难] 平面向量数量积的坐标运算 》例卫(1)如图2-4-4,在矩形ABCD中,AB=E,BC=2,点E为BC的中点,点F在 边CD上,若AB·AF=V2,则AE·B的值是 图2-4 ①求a的坐标 ②若c=(2,-1),求a(b·c)及(a·b)c [思路探究](1)建 系 求有关点、向 量的坐标 求数量积 (2)①先由a=1b设点a坐标,再由a·b=10求A ②依据运算顺序和数量积的坐标公式求值 (1)V2[(1)以A为坐标原点,AB为x轴、AD为y轴建立平面直角 坐标系 则B(√ ,c(√V2,2),E(2 E 可设R(x,2),因为B.A=(VE,0)·(x,2)=VEx=√, 所以x=1,所以 √2,2)=√2 (2)①设a=Ab=(4,24)(4>0) 则有a·b=A+4A=10,∴A=2 a(b·c)=0a=0, (a·b)c=10(2,-1) [规律方法]数量积运算的途径及注意点 1进行向量的数量积运算,前提是牢记有关的运算法则和运算性质,解题时通常有 两条途径:一是先将各向量用坐标表示,直接进行数量积运算:二是先利用数量积的运算律 将原式展开,再依据已知计算
朝花夕拾杯中酒 和任何人呵呵呵 所以 a 与 b 夹角的余弦值为 a·b |a||b| = 63 5×13= 63 65.] [合 作 探 究·攻 重 难] 平面向量数量积的坐标运算 (1)如图 244,在矩形 ABCD 中,AB= 2,BC=2,点 E 为 BC 的中点,点 F 在 边 CD 上,若AB → ·AF → = 2,则AE → ·BF → 的值是________. 图 244 (2)已知 a 与 b 同向,b=(1,2),a·b=10. ①求 a 的坐标; ②若 c=(2,-1),求 a(b·c)及(a·b)c. [思路探究] (1) 建系 → 求有关点、向 量的坐标 → 求数量积 (2) ①先由 a=λb 设点 a 坐标,再由 a·b=10 求 λ. ②依据运算顺序和数量积的坐标公式求值. (1) 2 [(1)以 A 为坐标原点,AB 为 x 轴、AD 为 y 轴建立平面直角 坐标系, 则 B( 2,0),D(0,2),C( 2,2),E( 2,1). 可设 F(x,2),因为AB → ·AF → =( 2,0)·(x,2)= 2x= 2, 所以 x=1,所以AE → ·BF → =( 2,1)·(1- 2,2)= 2. (2)①设 a=λb=(λ,2λ)(λ>0), 则有 a·b=λ+4λ=10,∴λ=2, ∴a=(2,4). ②∵b·c=1×2-2×1=0,a·b=10, ∴a(b·c)=0a=0, (a·b)c=10(2,-1)=(20,-10).] [规律方法] 数量积运算的途径及注意点 1 进行向量的数量积运算,前提是牢记有关的运算法则和运算性质,解题时通常有 两条途径:一是先将各向量用坐标表示,直接进行数量积运算;二是先利用数量积的运算律 将原式展开,再依据已知计算
2对于以图形为背景的向量数量积运算的题目,只需把握图形的特征,并写出相应 点的坐标即可求解 [跟踪训练 1.(1)设向量a=(1,-2),向量b=(-3,4),向量e=(3,2),则向量(a+2b)·c=( A.(-15,12) B.0 D.-11 2)已知a=(2,-1),b=(32),若存在向量c,满足a·c=2,b·c=5,则向量c 10(21)[(1)依题意可知,a+2b=(1,-2+2(-3,4)=(-5,6),∴(a+ 2b)·c=(-5,6)·(3,2)=-5×3+6×2=-3 (2)设c=(x,y),因为a·c=2,b·c=5, X 所以 解得 所以 3x+2y=5 c=(分 类型2 向量模的坐标表示 例2(1)设平面向量a=(L,2,b=(-2,y),若B∥b,则/2a-b等于 B.5 C.35 D.45 2)若向量a的始点为A(-2,4),终点为B(2,1),求 ①向量a的模 ②与a平行的单位向量的坐标 ③与a垂直的单位向量的坐标 【导学号:84352253】 [思路探究]综合应用向量共线、垂直的坐标表示和向量模的坐标表示求解. (1)D[(1)由y+4=0知 4,b=(-2,-4) ∴2a-b=(4,8),∴|2a-b=4V5故选 (2)①∵∴a=AB=(2,1)-(-2,4)=(4,-3), |a|=y42+
朝花夕拾杯中酒 和任何人呵呵呵 2 对于以图形为背景的向量数量积运算的题目,只需把握图形的特征,并写出相应 点的坐标即可求解. [跟踪训练] 1.(1)设向量a=(1,-2),向量b=(-3,4),向量c=(3,2),则向量(a+2b)·c=( ) A.(-15,12) B.0 C.-3 D.-11 (2)已知 a=(2,-1),b=(3,2),若存在向量 c,满足 a·c=2,b·c=5,则向量 c =________. (1)C (2) 9 7 , 4 7 [(1)依题意可知,a+2b=(1,-2)+2(-3,4)=(-5,6),∴(a+ 2b)·c=(-5,6)·(3,2)=-5×3+6×2=-3. (2)设 c=(x,y),因为 a·c=2,b·c=5, 所以 2x-y=2, 3x+2y=5, 解得 x= 9 7 , y= 4 7 , 所以 c= 9 7 , 4 7 .] 向量模的坐标表示 (1)设平面向量 a=(1,2),b=(-2,y),若 a∥b,则|2a-b|等于 ( ) A.4 B.5 C.3 5 D.4 5 (2)若向量 a 的始点为 A(-2,4),终点为 B(2,1),求: ①向量 a 的模; ②与 a 平行的单位向量的坐标; ③与 a 垂直的单位向量的坐标. 【导学号:84352253】 [思路探究] 综合应用向量共线、垂直的坐标表示和向量模的坐标表示求解. (1)D [(1)由 y+4=0 知 y=-4,b=(-2,-4), ∴2a-b=(4,8),∴|2a-b|=4 5.故选 D. (2)①∵a=AB → =(2,1)-(-2,4)=(4,-3), ∴|a|= 4 2+ -3 2=5
②与a平行的单位向量是±=±(4,-3), 即坐标为 减( ③设与a垂直的单位向量为e=(m,m),则a·e=4m-3n=0,: 又∵|e|=1,∴m+n2=1. 3 解的5 3 [规律方法]求向量的模的两种基本策略 字母表示下的运算: 利用|a|2=a2,将向量模的运算转化为向量与向量的数量积的问题 2坐标表示下的运算 若a=x,y,则 a|2=x2+y,于是有|l|=x+ [跟踪训练] 2.若向量a=(2x-1,3-x),b=(1-x,2x-1),则|a-b的最小值为 VE[由已知得a-b=(3x-2,4-3), 所以|a-b|=√3x-22+4-3x 当x=1时,|ab取最小值为V2.] 类型围 向量的夹角与垂直问题 [探究问题] 1.设a,b都是非零向量,a=(X,n),b=(X,y),是a与b的夹角,那么c 如何用坐标表示? 提示:Cs0=a·b 五石+y ab+片·十 2.已知向量a=(1,2),向量b=(x,-2),且a⊥(a-b),则实数x等于? 提示:由已知得a-b=(1-x,4) ∵a⊥(a-b),∴a·(a-b ∵a=(1,2),∴1-x+8=0,∴x=9. 》例(1)已知向量a=(2,1),b=(1,B),且a与b的夹角为锐角,则实数k的取值
朝花夕拾杯中酒 和任何人呵呵呵 ②与 a 平行的单位向量是± a |a| =± 1 5 (4,-3), 即坐标为 4 5 ,- 3 5 或 - 4 5 , 3 5 . ③设与 a 垂直的单位向量为 e=(m,n),则 a·e=4m-3n=0,∴ m n = 3 4 . 又∵|e|=1,∴m 2+n 2=1. 解得 m= 3 5 , n= 4 5 或 m=- 3 5 , n=- 4 5 , ∴e= 3 5 , 4 5 或 e= - 3 5 ,- 4 5 .] [规律方法] 求向量的模的两种基本策略 1 字母表示下的运算: 利用|a| 2=a 2,将向量模的运算转化为向量与向量的数量积的问题. 2 坐标表示下的运算: 若 a= x,y ,则 a·a=a 2=|a| 2=x 2+y 2,于是有|a|= x 2+y 2 . [跟踪训练] 2.若向量 a=(2x-1,3-x),b=(1-x,2x-1),则|a-b|的最小值为________. 2 [由已知得 a-b=(3x-2,4-3x), 所以|a-b|= 3x-2 2+ 4-3x 2 = 18x 2-36x+20= 18 x-1 2+2, 当 x=1 时,|a-b|取最小值为 2.] 向量的夹角与垂直问题 [探究问题] 1.设 a,b 都是非零向量,a=(x1,y1),b=(x2,y2),θ 是 a 与 b 的夹角,那么 cos θ 如何用坐标表示? 提示:cos θ= a·b |a||b| = x1x2+y1y2 x 2 1+y 2 1· x 2 2+y 2 2 . 2.已知向量 a=(1,2),向量 b=(x,-2),且 a⊥(a-b),则实数 x 等于? 提示:由已知得 a-b=(1-x,4). ∵a⊥(a-b),∴a·(a-b)=0. ∵a=(1,2),∴1-x+8=0,∴x=9. (1)已知向量 a=(2,1),b=(1,k),且 a 与 b 的夹角为锐角,则实数 k 的取值
范围是 A.(-2,+∞) D.(-2,2) (2)已知在△ABC中,A(2,-1),B(3,2),C(-3,-1),AD为BC边上的高,求|AD 与点D的坐标 【导学号:84352254】 a·b)0, [思路探究]()可利用a,b的夹角为锐角台 求解 a≠Ab (2)设出点D的坐标,利用B与BC共线,AD⊥BC列方程组求解点D的坐标 (1)B[(1)当a与b共线时,2k-1=0,如=,此时a,b方向相同,夹角为0°,所 以要使a与b的夹角为锐角,则有ab)0且ab不同向由a…b=2+60得-2,且k42, 即实数k的取值范围是一2 +∞,选B. (2)设点D的坐标为(x,y),则A=(x-2,y+1),BC=(-6,-3),BD=(x-3,y ∴D在直线BC上,即BD与BC共线 ∴存在实数A,使B=ABC, 即(x-3,y-2)=1(-6,-3) x-3=2(y-2),即x-2y+1=0.① 又∵AD⊥BC,∴AD·BC=0, 即(x-2,y+1)·(-6,-3)=0 6(x-2)-3(y+1)=0,② 即2x+y-3=0. 由①②可得 即D点坐标为(1,1),AD=(-1,2), |AD=√-12+2=V
朝花夕拾杯中酒 和任何人呵呵呵 范围是( ) A.(-2,+∞) B. - 2, 1 2 ∪ 1 2 ,+∞ C.(-∞,-2) D.(-2,2) (2)已知在△ABC 中,A(2,-1),B(3,2),C(-3,-1),AD 为 BC 边上的高,求|AD → | 与点 D 的坐标. 【导学号:84352254】 [思路探究] (1)可利用 a,b 的夹角为锐角⇔ a·b>0, a≠λb 求解. (2)设出点 D 的坐标,利用BD → 与BC → 共线,AD → ⊥BC → 列方程组求解点 D 的坐标. (1)B [(1)当 a 与 b 共线时,2k-1=0,k= 1 2 ,此时 a,b 方向相同,夹角为 0°,所 以要使 a 与b 的夹角为锐角,则有a·b>0 且a,b 不同向.由a·b=2+k>0 得 k>-2,且 k≠ 1 2 , 即实数 k 的取值范围是 -2, 1 2 ∪ 1 2 ,+∞ ,选 B. (2)设点 D 的坐标为(x,y),则AD → =(x-2,y+1),BC → =(-6,-3),BD → =(x-3,y- 2). ∵D 在直线 BC 上,即BD → 与BC → 共线, ∴存在实数 λ,使BD → =λBC → , 即(x-3,y-2)=λ(-6,-3), ∴ x-3=-6λ, y-2=-3λ, ∴x-3=2(y-2),即 x-2y+1=0.① 又∵AD⊥BC,∴AD → ·BC → =0, 即(x-2,y+1)·(-6,-3)=0, ∴-6(x-2)-3(y+1)=0,② 即 2x+y-3=0. 由①②可得 x=1, y=1, 即 D 点坐标为(1,1),AD → =(-1,2), ∴|AD → |= -1 2+2 2= 5
综上,|AD=√5,D(,1).] 母题探究:1.将例3(1)中的条件“a=(2,1)”改为“a=(-2,1)”“锐角”改为“钝 角”,求实数k的取值范围 [解]当a与b共线时,-2k-1=0,k= 此时a与b方向相反,夹角为180°, 所以要使a与b的夹角为钝角,则有a·b<0 且a与b不反向. 由a·b=-2+k<0得k<2. 由a与b不反向得k≠ 所以k的取值范围(∞,-(2 2.将例3(1)中的条件“锐角”改为“4”,求k的值 2+k [解] √5·√+ VE 2+k 整理得3k2-8k-3=0, 解得k=一或3 [规律方法]1.利用数量积的坐标表示求两向量夹角的步骤: (1)求向量的数量积.利用向量数量积的坐标表示求出这两个向量的数量积 (2)求模,利用/a/=P+y计算两向量的模 (3)求夹角余弦值.由公式c0s=+求夹角余弦值 √x+·√+ (4)求角.由向量夹角的范围及cos0求0的值 2.涉及非零向量a,b垂直问题时,一般借助a⊥ba·b=xx+巧巧=0来解决 [当堂达标·固双基] 1.设向量a=(1,0,b=2,2,则下列结论中正确的是() 【导学号:84352255】 A.|a|=|b B.a·b= √2 C.a∥b D.a-b与b垂直
朝花夕拾杯中酒 和任何人呵呵呵 综上,|AD → |= 5,D(1,1).] 母题探究:1.将例 3(1)中的条件“a=(2,1)”改为“a=(-2,1)”“锐角”改为“钝 角”,求实数 k 的取值范围. [解] 当 a 与 b 共线时,-2k-1=0,k=- 1 2 , 此时 a 与 b 方向相反,夹角为 180°, 所以要使 a 与 b 的夹角为钝角,则有 a·b<0 且 a 与 b 不反向. 由 a·b=-2+k<0 得 k<2. 由 a 与 b 不反向得 k≠- 1 2 , 所以 k 的取值范围是 -∞,- 1 2 ∪ - 1 2 ,2 . 2.将例 3(1)中的条件“锐角”改为“ π 4 ”,求 k 的值. [解] cos π 4 = a·b |a||b| = 2+k 5· 1+k 2 , 即 2 2 = 2+k 5· 1+k 2,整理得 3k 2-8k-3=0, 解得 k=- 1 3 或 3. [规律方法] 1.利用数量积的坐标表示求两向量夹角的步骤: (1)求向量的数量积.利用向量数量积的坐标表示求出这两个向量的数量积. (2)求模.利用|a|= x 2+y 2计算两向量的模. (3)求夹角余弦值.由公式 cos θ= x1x2+y1y2 x 2 1+y 2 1· x 2 2+y 2 2 求夹角余弦值. (4)求角.由向量夹角的范围及 cos θ 求 θ 的值. 2.涉及非零向量 a,b 垂直问题时,一般借助 a⊥b⇔a·b=x1x2+y1y2=0 来解决. [当 堂 达 标·固 双 基] 1.设向量 a=(1,0),b= 1 2 , 1 2 ,则下列结论中正确的是( ) 【导学号:84352255】 A.|a|=|b| B.a·b= 2 2 C.a∥b D.a-b 与 b 垂直
DA项,al=1,|b=2,故l≠b1:B项,a·b=1×2+0×2=2:C项,1x ≠0×2:D项,a-b=2,- =0,故选D.] 2.已知a=(3,-1),b=(1,-2),则a与b的夹角为() 6m3 B D 4m2 B[a·b=3×1+(-1)×(-2)=5,|a|=2+-12=√10,|b √2 设a与b的夹角为0,则cos0=a·b0·V2又0≤≤x,= 3.设a=(2,4),b=(1,1),若b⊥(a+mb),则实数m= 【导学号:84352256】 3[a+mb=(2+m,4+m), ∴b⊥(a+mb) (2+m)×1+(4+m)×1=0, 得 4.已知平面向量a=(2,4),b=(-1,2),若c=a-(a·b)·b,则|c= 82[易得a·b=2×(-1)+4×2=6, 所以c=(2,4)-6(-1,2)=(8,-8), 所以|c 5.平面直角坐标系xOy中,O是原点(如图2-4-5).已知点A(16,12),B(-5,15) A 图2-4-5 (1)求|O (2)求∠OAB 【导学号:84352257】 [解](1)由OA=(16,12), AB=(-5-16,15-12) 得|OA=√16+12
朝花夕拾杯中酒 和任何人呵呵呵 D [A 项,|a|=1,|b|= 2 2 ,故|a|≠|b|;B 项,a·b=1× 1 2 +0× 1 2 = 1 2 ;C 项,1× 1 2 ≠0× 1 2 ;D 项,a-b= 1 2 ,- 1 2 ,(a-b)·b= 1 2 × 1 2 - 1 2 × 1 2 =0,故选 D.] 2.已知 a=(3,-1),b=(1,-2),则 a 与 b 的夹角为( ) A. π 6 B. π 4 C. π 3 D. π 2 B [a·b=3×1+(-1)×(-2)=5,|a|= 3 2+ -1 2= 10,|b|= 1 2+ -2 2 = 5, 设 a 与b 的夹角为 θ,则 cos θ= a·b |a|·|b| = 5 10· 5 = 2 2 .又 0≤θ≤π,∴θ= π 4 .] 3.设 a=(2,4),b=(1,1),若 b⊥(a+mb),则实数 m=________. 【导学号:84352256】 -3 [a+mb=(2+m,4+m), ∵b⊥(a+mb), ∴(2+m)×1+(4+m)×1=0, 得 m=-3.] 4.已知平面向量 a=(2,4),b=(-1,2),若 c=a-(a·b)·b,则|c|=________. 8 2 [易得 a·b=2×(-1)+4×2=6, 所以 c=(2,4)-6(-1,2)=(8,-8), 所以|c|= 8 2+ -8 2=8 2.] 5.平面直角坐标系 xOy 中,O 是原点(如图 245).已知点 A(16,12),B(-5,15). 图 245 (1)求|OA → |,|AB → |; (2)求∠OAB. 【导学号:84352257】 [解] (1)由OA → =(16,12), AB → =(-5-16,15-12)=(-21,3), 得|OA → |= 162+122=20
152 (2)Cos Z0AB-=COs (AO, AB) A0·AB 其中A0·AB=-OA·AB [16×(-21)+12×3]=300, 00 故cos∠OAB= 15 ∠OAB=45°
朝花夕拾杯中酒 和任何人呵呵呵 |AB → |= -21 2+3 2=15 2. (2)cos∠OAB=cos〈AO → ,AB → 〉 = AO → ·AB → |AO → ||AB → | . 其中AO → ·AB → =-OA → ·AB → =-(16,12)·(-21,3) =-[16×(-21)+12×3]=300, 故 cos∠OAB= 300 20×15 2 = 2 2 , ∴∠OAB=45°
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