必修4-平面向量(讲义和练习).pdf

必修必修 4 第二章第二章 平面向量平面向量一、知识纲要一、知识纲要1、向量的相关概念：、向量的相关概念：（1）向量向量：既有大小又有方向的量叫做向量，记为或。向量又称矢量。ABuuu rar注意 向量和标量的区别：向量既有大小又有方向；标量只有大小，没有方向。普通的数量都是标量，力是一种常见的向量。向量常用有向线段来表示，但也不能说向量就是有向线段，因为向量是自由的，可以平移；有向线段有固定的起点和终点，不能随意移动。（2）向量的模）向量的模：向量的大小又叫向量的模，它指的是：表示向量的有向线段的长度。记作：|或。ABuuu rar注意 向量本身不能比较大小，但向量的模可以比较大小。（3）零）零 向向 量量：长度为 0 的向量叫零向量零向量，记为，零向量的方向是任意的。0r注意 0；与 0 的区别：写法的区别，意义的区别。ar0r（4）单位向量）单位向量：模长为 1 个单位长度的非零向量叫单位向量单位向量。注意 若向量是单位向量，则=1。arar2、向量的表示：向量的表示：（1）几何表示法：几何表示法：用带箭头的有向线段表示，如，注意：方向是“起点指向终点”。ABuuu r（2）符号表示法：符号表示法：用一个小写的英文字母来表示，如，等；arb（3）坐标表示法：坐标表示法：在平面内建立直角坐标系，以与轴、轴正方向相同的两个单位向xy量、为基底向量，则平面内的任一向量可表示为，称为向量irjrar,axiy jx yrrr,x y的坐标，叫做向量的坐标表示。此时=。arar,x yarar22xy若已知，则，即终点坐标减去起点坐标终点坐标减去起点坐标。1122(,)(,)A x yB xy和2121=-ABx xy yuuu r，特别的，如果向量的起点在原点，那么向量的坐标数值与向量的终点坐标数值相同。3、向量之间的关系：向量之间的关系：（1 1）平行（共线）平行（共线）：对于两个非零向量，若它们的方向相同或相反的，那么就称这种关系为平行，平行，记作。换言之，方向相同或相反的两个非零向量叫平行向量（共线向量）平行向量（共线向量）。arbr相互平行的两个向量之间的夹角为 0 度或 180 度，记为=00或 1800。arbr由于向量可以进行任意的平移(所以向量又叫自由向量)，所以平行向量总可以平移到同一直线上，故平行向量也称为共线向量。注意 数学中研究的向量是自由向量，只有大小、方向两个要素，起点可以任意选取，现在必须区分清楚共线向量中的“共线”与几何中的“共线”的含义，要理解好平行向量中的“平行”与几何中的“平行”是不一样的。规定平行于任何向量，故在有关向量平行0r（共线）的问题中务必看清楚是否有“非零向量”这个条件。平行向量无传递性（因为有).0r（2）不平行：不平行：对于两个非零向量和，如果平移后它们的夹角不是 0 度或 180 度，arbr则称这两个向量不平行。此时，它们夹角的范围是 （0，）。arbr特别的，当=（即 900）时，称为两个向量垂直垂直，记为。arbr2arbr4、由向量之间的关系引出的术语：由向量之间的关系引出的术语：（1）同向向量：同向向量：如果两个向量方向相同（即：共线并且夹角为 0 度），那么就称这两个向量是同向向量。=0arbr（2）反向向量：反向向量：如果两个向量方向相反（即：共线并且夹角为 180 度），那么就称这两个向量是反向向量。=arbr注意：同向向量和反向向量都是共线向量。并且只考虑方向，不研究模长的大小关系。（3）相等向量：相等向量：长度相等且方向相同的两个向量叫相等向量相等向量，记为。barr注意：相等向量经过平移后总可以重合，是同向向量的升级版。相等向量的坐标体现为：头 头头 头 头 头 头 头头 头 头 头头 头 头http:/ 头 头头 头 头 头头 头 头 头 头 头头 头),(),(2211yxyx2121yyxx 若，且，则。即向量相等具有传递性。barrcrrbcarr（4）相反向量：相反向量：长度相等且方向相反的两个向量叫相反向量相反向量，的相反向量记为ar，ar的相反向量记为：或，零向量的相反向量仍是零向量。ABABBA注意：相反向量是反向向量的升级版，要求方向相反，且大小相等，即|。arbr 若为相反向量，则。barr与0rrrba 相反向量的坐标体现为：头 头头 头 头 头 头 头头 头 头 头头 头 头http:/ 头 头头 头 头 头头 头 头 头 头 头头 头),(-),(2211yxyx2121-yyxx 双重取反必还原：=。)(arar5、向量的线性运算：、向量的线性运算：（1）向量加法：）向量加法：求两个向量和的运算叫做向量的加法。注意 加法性质加法性质：，任何向量与零向量的和都是任何向量；aaarrrrr00+()=()+=，一对相反向量的和一定为零向量；arararar0r 向量加法满足交换律：+=+；arbrbrar 向量加法满足结合律：（+）+=+（+）；arbrcrarbrcr（2）向量减法：）向量减法：求两个向量差的运算叫做向量的加法。记作：，即求两个向量 与的差，等于向量 加上的相反向量。)(babarrrrarbrarbr注意 +()=()+=；arararar0r 若、是互为相反向量，则=,=,+=.arbrarbrbrararbr0r小结 加减法的运算法则加减法的运算法则：（作图）“三角形法则”“平行四边形法则”说明：向量加法有“三角形法则”与“平行四边形法则”：（1）用平行四边形法则时，两个已知向量是要共始点的，和向量是始点与已知向量的始点重合的那条对角线，而差向量是另一条对角线，方向是从减向量指向被减向量头 头头 头 头 头 头 头头 头 头 头头 头 头http:/ 头 头头 头 头 头头 头 头 头 头 头头 头（2）三角形法则的特点是“首尾相接”，由第一个向量的起点指向最后一个向量的终点的有向线段就表示这些向量的和；差向量是从减向量的终点指向被减向量的终点头 头头 头 头 头 头 头头 头 头 头头 头 头http:/ 头 头头 头 头 头头 头 头 头 头 头头 头当两个向量的起点公共时，用平行四边形法则；当两向量是首尾连接时，用三角形法则向量加法的三角形法则可推广至多个向量相加：，但这时必须“首尾相连”ABBCCDPQQRARuuu ruuu ruuu ruuu ruuu ruuu rL（3）向量的数乘运算：）向量的数乘运算：实数与向量的积是一个向量，所得的结果表示：在的方向（或的相反方向）ararar取倍构成一个新向量，记作。ar的长度与方向规定如下：ar；aarr 当时，的方向与的方向相同；当时，的方向与的方向0arar0arar相反；当时，方向是任意的头 头头 头 头 头 头 头头 头 头 头头 头 头http:/ 头 头头 头 头 头头 头 头 头 头 头头 头00rra 数乘向量满足交换律、结合律与分配律：，aaa rrr()aaarrr()ababrrrr6、向量的投影和数量积：、向量的投影和数量积：(1)头 头头 头 头 头 头 头头 头 头 头头 头 头http:/ 头 头头 头 头 头头 头 头 头 头 头头 头 两个向量的数量积：已知两个非零向量与，它们的夹角为，则=cosarbrarbrarbr叫做与的数量积（或内积）头 头头 头 头 头 头 头头 头 头 头头 头 头http:/ 头 头头 头 头 头头 头 头 头 头 头头 头 规定头 头头 头 头 头 头 头头 头 头 头头 头 头http:/ 头 头头 头 头 头头 头 头 头 头 头头 头arbr00arr(2)头 头头 头 头 头 头 头头 头 头 头头 头 头http:/ 头 头头 头 头 头头 头 头 头 头 头头 头 向量的投影：cos=R，称为向量在方向上的投影头 头头 头 头 头 头 头头 头 头 头头 头 头http:/ 头 头头 头 头 头头 头 头 头 头 头头 头br|a barrrbrar投影的绝对值称为射影头 头头 头 头 头 头 头头 头 头 头头 头 头http:/ 头 头头 头 头 头头 头 头 头 头 头头 头(3)头 头头 头 头 头 头 头头 头 头 头头 头 头http:/ 头 头头 头 头 头头 头 头 头 头 头头 头 数量积的几何意义：等于的长度与在方向上的投影的乘积头 头头 头 头 头 头 头头 头 头 头头 头 头http:/ 头 头头 头 头 头头 头 头 头 头 头头 头arbrarbrar(4)、向量的模与平方的关系：头 头头 头 头 头 头 头头 头 头 头头 头 头http:/ 头 头头 头 头 头头 头 头 头 头 头头 头22|a aaar rrr（5）、乘法公式成立：；2222ababababrrrrrrrr2222abaa bbrrrrrr222aa bbrrrr（6）头 头头 头 头 头 头 头头 头 头 头头 头 头http:/ 头 头头 头 头 头头 头 头 头 头 头头 头平面向量数量积的运算律：交换律成立：a bb arrrr对实数的结合律成立：aba babRrrrrrr分配律成立：abca cb c rrrrr rrcabrrr特别注意：（1）结合律不成立：；ab ca bcrrrrrr（2）消去律不成立不能得到a ba crrr rbcrr（3）=0 不能得到=或=头 头头 头 头 头 头 头头 头 头 头头 头 头http:/ 头 头头 头 头 头头 头 头 头 头 头头 头a brrar0rbr0r7、向量的坐标运算：、向量的坐标运算：（1）已知起点和终点的坐标，求向量坐标）已知起点和终点的坐标，求向量坐标:已知，则，即终点坐标减去起点坐标。1122(,)(,)A x yB xy和2121=-ABx xy yuuu r，（2）已知向量的坐标，求向量的模）已知向量的坐标，求向量的模:已知，则=；,ax yrar22xy已知，则，此时，1122(,)(,)A x yB xy和2121=-ABx xy yuuu r，22121|=-+-ABx xy yuuu r2本公式等价于“两点间距离公式:已知则”1122(,)(,)A x yB xy和 2222121AB=-+-=x xy yxy2。（3）已知两个向量的坐标，求这两个向量加减、数乘和数量积：）已知两个向量的坐标，求这两个向量加减、数乘和数量积：加减：已知，则，即对应横纵坐标相加1122,ax ybxyrr1212,abxxyyrr减。数乘：已知，则，即倍数对坐标作分配。,ax yr,=,ax yxyr（）数量积：已知，则，即对应坐标之积再相加。1122,ax ybxyrr1212a bxxyyrr（4）已知两个向量的坐标，求这两个向量的夹角或夹角余弦值：）已知两个向量的坐标，求这两个向量的夹角或夹角余弦值：已知，则。1122,ax ybxyrr121222221122cos,xxyya ba babxyxyrrrrrr8、向量的夹角向量的夹角已知两个非零向量与，作=,=,则AOB=（）叫做向量与的夹arbrOAuu u rarOBuuu rbr001800arbr角，记为。,a brr注意 研究向量夹角时，必须将两个向量的起点移动到同一点上；当且仅当两个非零向量与同方向时，arbr,0a brr 当且仅当与反方向时arbr,a brr 与其它任何非零向量之间不谈夹角这一问题0r cos=头 头头 头 头 头 头 头头 头 头 头头 头 头http:/ 头 头头 头 头 头头 头 头 头 头 头头 头cos,a ba babrrrrrr222221212121yxyxyyxx 向量夹角与数量积的关系：当为锐角时，0（反之不成立，因为数量积为正数的两个向量不一定构成锐角，可a b能是平行且同向）；当为钝角时，0。（反之不成立，因为数量积为负数的两个向量不一定a b构成钝角，可能是平行且反向）9、平面向量的基本定理、平面向量的基本定理如果是一个平面内的两个不共线向量，那么对这一平面内的任一向量，有且只21,eerrar有一对实数使：，其中不共线的向量叫做表示这一平面内所有向量21,2211eearrr21,eerr的一组基底。若给定一组基底向量，则平面内的任何一个向量都存在一组实属对与之对应，当这组基底是两个相互垂直的单位向量时，这组基底可以构成一个系统，这个系统叫平面直角坐标系，与向量对应的实数对就是坐标。10、向量垂直（共线）的基本定理、向量垂直（共线）的基本定理（1）共线：）共线：，此为向量平行的符号表达。arbr,(0)ab brrrr若，则或，此为向量平行的坐1122,ax ybxyrr1221/0abx yx yrr2121yyxx标表达。注意 对于“”，当时，可以看成是非零向量的 0 倍（即arbr,(0)ab brrrr0a rrbr），所以规定“零向量与任何非零向量平行”。00rbr（2）垂直：）垂直：非零向量满足：，此为向量平行的符号表达。abrr和abrr0a brr若，则，此为向量平行的坐标表达。1122,ax ybxyrr12120abxxyyrr 即：即：两个向量非零向量垂直等价于这两个向量的数量积为 0。若中有一个向量是零向量，则数量积一定为 0，此时无需讨论是否垂直。所abrr和abrr和以规定“零向量与任何非零向量平行”，但是不规定“零向量与任何非零向量垂直”。0rbr0rbr11、有向线段的定比分点、有向线段的定比分点（1）、定义：、定义：设点 P 是直线 P P 上异于 P、P 的任意一点，若存在一个实数，使1212，则叫做点叫做点 P 分有向线段分有向线段所成的比所成的比，P 点叫做有向线段点叫做有向线段的以定比为的以定比为的的12PPPPuuu ruuu r12PPuuu u r12PPuuu u r定比分点定比分点。（简称：点点 P 为定比分点为定比分点）（2）、的符号与分点的符号与分点 P P 的位置之间的关系的位置之间的关系：当 P 点在线段 P P 上时0；12当 P 点在线段 P P 的延长线上时；2110 当 P 点在线段 P P 的延长线上时1；12若点 P 分有向线段所成的比为，则点 P 分有向线段所成的比为。12PPuuu u r21P Puuu u r1（3）、线段的定比分点公式：线段的定比分点公式：设、，分有向线段所成的比为，则分点的坐标为111(,)P x y222(,)P x y(,)P x y12PPuuu u rP，即。特别地，当1 时，就得到线段 P P 的中点公121211xxxyyy1212,11xxyy12式。121222xxxyyy二、经典例题二、经典例题【例例 1】已知 A（1,2），B（4,2），则向量的坐标为：=；ABuuu rABuuu r向量的模为：|=；把向量按向量（1,3）平移后得到的向ABuuu rABuuu rABuuu rar量是 。【例例 2】平面上，把一个图形整体向某个方向移动一段距离，若移动前点 A 坐标为（-2,3），移动后，点 A 的对应点 A坐标为（2，-1），则平移向量为=，移动的距离为 AAuuur。【例例 3】下列命题：（1）若，则。（2）两个向量相等的充要条件是它们的起点相同，终点abrrabrr相同。（3）若，则是平行四边形。（4）若是平行四边形，则。（5）ABDCuuu ruuu rABCDABCDABDCuuu ruuu r若，则。（6）若，则。,ab bcrr rracrr/,/ab bcrr rr/acrr其中正确的是 。【例例 4】给出下列命题：若|，则=；若 A，B，C，D 是不共线的四点，则是四边形 ABCD 为arbrarbrABDCuuu ruuu r平行四边形的充要条件；若=，=，则=；=的充要条件是|=|且arbrbrcrarcrarbrarbr/；arbr 若/，/，则/；arbrbrcrarcr其中正确的序号是 头 头头 头 头 头 头 头头 头 头 头头 头 头http:/ 头 头头 头 头 头头 头 头 头 头 头头 头【例例 5】求参数的值：（1）设非零向量、不共线，=k+，=+k(kR)，若，试求 k头 头头 头 头 头 头 头头 头 头 头头 头 头http:/ 头 头头 头 头 头头 头 头 头 头 头头 头arbrcrarbrdrarbrcrdr（2）已知向量，且，求实数的值头 头头 头 头 头 头 头头 头 头 头头 头 头http:/ 头 头头 头 头 头头 头 头 头 头 头头 头(1,2),(,1),2abxuabrrrrr2vabrrr/uvrrx【例例 6】判断下列各命题正确与否：（1）；（2）；（3）若，则；00ar00arr0,aa ba crrrr rbcrr（4）若，则当且仅当时成立；a ba crrr rbcrr0a rr（5）对任意向量都成立；()()a bcab crrrrrr,a b crrr（6）对任意向量，有头 头头 头 头 头 头 头头 头 头 头头 头 头http:/ 头 头头 头 头 头头 头 头 头 头 头头 头ar22aarr【例例 7】已知，按下列条件求实数的值头 头头 头 头 头 头 头头 头 头 头头 头 头http:/ 头 头头 头 头 头头 头 头 头 头 头头 头4,3a r1,2b r,mabrrr2nabrrr （1）；（2）；mnrr/mnrr(3)mnrr【例例 8】平移（1 1）按向量把平移到，则按向量把点平移到点_ar(2,3)(1,2)ar(7,2)（2 2）函数的图象按向量平移后，所得函数的解析式是，则_xy2sina12cosxya【例例 9】定比分点（1 1）若 M（-3，-2），N（6，-1），且，则点 P 的坐标为_1M PM N3（2 2）已知，直线与线段交于，且，则等于_(,0),(3,2)A aBa12yaxABM2AMMBuuuu ruuu ra（3 3）若点分所成的比为，则分所成的比为_PABuuu r34ABPuu u r【例例 10】坐标与模（1）设，且，则 C、D 的坐标分别是_(2,3),(1,5)AB 13ACABuuu ruuu r3ADABuuu ruuu r（2）已知均为单位向量，它们的夹角为，那么_,a br r60o|3|abu u rr【例例 11】已知向量（sinx，cosx）,（sinx，sinx）,（1，0）。abc（1）若 x，求向量、的夹角；3ac（2）若 x，函数的最大值为，求的值4,83baxf)(21【例例 12】已知中，,与交于AOB0,0O0,5A4,3B14OCOAuuu ruu u r12ODOBuuu ruuu rADBC点，求点的坐标。MM【例例 13】已知三个点。（1 1）求证：;2,1,3,2,1,4ABD ABAD（2 2）要使为矩形，求点的坐标，并求矩形两对角线所夹的锐角的余弦值。ABCDCABCD