2.4《平面向量的数量积》导学案
【学习目标】
1.掌握平面向量的数量积及其几何意义;
2.掌握平面向量数量积的重要性质及运算律;
3.了解用平面向量的数量积可以处理有关长度、角度和垂直的问题;
4.掌握向量垂直的条件. 【导入新课】 复习引入:
1. 向量共线定理 向量b 与非零向量a
共线的充要条件是:有且只有一个非零实数λ,使b =λa .
2.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 3.平面向量的坐标表示
分别取与x 轴、y 轴方向相同的两个单位向量i 、j 作为基底.任作一个向量a ,由平面向量基本定理知,有且只有一对实数x 、y ,使得yj xi a += 把),(y x 叫做向量a 的(直角)坐标,记作),(y x a = 4.平面向量的坐标运算
若),(11y x a =,),(22y x b =,则b a +),(2121y y x x ++=,b a -),(2121y y x x --=,
),(y x a λλλ=. 若),(11y x A ,),(22y x B ,则()1212,y y x x AB --=
5.a ∥b (b
0)的充要条件是x 1y 2-x 2y 1=0
6.线段的定比分点及λ
P 1, P 2是直线l 上的两点,P 是l 上不同于P 1, P 2的任一点,存在实数λ,
使 P P 1=λ2PP
,λ叫做点P 分21P P 所成的比,有三种情况:
λ>0(内分) (外分) λ<0 (λ<-1) ( 外分)λ<0 (-1<λ<0)
7. 定比分点坐标公式:
若点P 1(x 1,y 1) ,P2(x 2,y 2),λ为实数,且P P 1=λ2PP ,则点P 的坐标为(
λ
λλλ++++1,12
121y y x x ),我们称λ为点P 分21P P 所成的比.
8. 点P 的位置与λ的范围的关系:
①当λ>0时,P P 1与2PP 同向共线,这时称点P 为21P P 的内分点. ②当λ<0(1-≠λ)时,P P 1与2PP 反向共线,这时称点P 为21P P 的外分点. 9.线段定比分点坐标公式的向量形式:
在平面内任取一点O ,设1OP =a,2OP =b, 可得OP =
b a b a λ
λ
λλλ+++=++1111.
10.力做的功:W = |F |?|s |cos ,是F 与s 的夹
角.
新授课阶段
1.两个非零向量夹角的概念
已知非零向量a与b,作OA =a,OB =b,则∠AOB=θ(0≤θ≤π)叫a与
b的夹角.
说明:(1)当θ=0时,a与b同向;
(2)当θ=π时,a与b反向; (3)当θ=
2
π
时,a与b垂直,记a⊥b; (4)注意在两向量的夹角定义,两向量必须是同起点的.范围0?≤θ≤180?
2.平面向量数量积(内积)的定义:已知两个非零向量a与b,它们的夹角是θ,则数量|a ||b |cos
叫a与b的数量积,记作a ?b ,即有a ?b = |a ||b |cos
,
(0≤θ≤π).并规定0与任何向量的数量积为0. ?探究:两个向量的数量积与向量同实数积有很大区别 (1)两个向量的数量积是一个实数,不是向量,符号由cos
的符号所决定.
C
(2)两个向量的数量积称为内积,写成a ?b ;今后要学到两个向量的外积a ×b ,而a ?b 是两个向量的数量的积,书写时要严格区分.符号“· ”在向量运算中不是乘号,既不能省略,也不能用“×”代替. (3)在实数中,若a 0,且a ?b =0,则b =0;但是在数量积中,若a 0,且a ?b =0,不能
推出b =0.因为其中cos
有可能为0.
(4)已知实数a 、b 、c (b
0),则ab=bc ? a=c .但是a ?b = b ?c
a
= c
如右图:a ?b = |a ||b |cos
= |b ||OA|,b ?c = |b ||c |cos = |b ||OA|
? a ?b = b ?c 但a c
显然,这是因为左端是与c 共线的向量,而右端是与a 共线的向量,而一般a 与c 不共线. 3.“投影”的概念:作图
定义:|b |cos
叫做向量b 在a 方向上的投影.
投影也是一个数量,不是向量;当为锐角时投影为正值;当为钝角时投影为负值;当为直角时投影为0;当 = 0时投影为 |b |;当 = 180
时投影为 |b |.
4.向量的数量积的几何意义:
数量积a ?b 等于a 的长度与b 在a 方向上投影|b |cos 的乘积.
5.两个向量的数量积的性质:
设a 、b 为两个非零向量,e 是与b 同向的单位向量. 1 e ?a = a ?e =|a |cos
2 a
b a ?b = 0
3
当a 与b 同向时,a ?b = |a ||b |;当a 与b 反向时,a ?b = |a ||b |. 特别的a ?a = |a |
2
或a a a ?=||
4 cos =
|
|||b a b
a ?
5
|a ?b | ≤ |a ||b |
例1 已知|a |=5, |b |=4, a 与b 的夹角θ=120o
,求a ·b . 例2 已知|a |=6, |b |=4, a 与b 的夹角为60o
求(a+2b)·(a -3b).
例3 已知|a |=3, |b |=4, 且a 与b 不共线,k 为何值时,向量a+kb 与a-kb 互相垂直. 例4 判断正误,并简要说明理由.
①a·0=0;②0·a=0;③0-=;④|a·b|=|a||b|;⑤若a≠0,则对任一非零b有a·b≠0;⑥a·b=0,则a与b中至少有一个为0;⑦对任意向量a,b,с都有(a·b)с=a(b·с);⑧a与b是两个单位向量,则a2
=
b2.
解:
评述:这一类型题,要求学生确实把握好数量积的定义、性质、运算律.
例5 已知|a|=3,|b|=6,当①a∥b,②a⊥b,③a与b的夹角是60°时,分别求a·b.
解:
评述:两个向量的数量积与它们的夹角有关,其范围是[0°,180°],因此,当a∥
b时,有0°或180°两种可能.
课堂小结 (略) 作业 (略) 拓展提升
1.已知向量(3,1)a =,b 是不平行于x 轴的单位向量,且3a b ?=,则b = ( )
A .(
31,22) B .(13,22) C .(133
,44
) D .(1,0) 2. 设B A ,两点的坐标分别为)0,1(),0,1(-.条件甲:0AC BC ?=;条件乙:点C 的坐标是方程12
2
=+y x 的解.则甲是乙的 ( )
A.充分不必要条件
B.必要不充分条件
C.充要条件
D.既不充分又不必要条件 3.已知||22,||3,p q p ==与q 的夹角为
4
π
,则以52,3a p q b p q =+=-为邻边的平行 四边形的较短的对角线长为 ( )
A.15
B.15
C.14
D.16 4.把点(2,2)A 按向量(2,2)-平移到点B ,此时点B 在OC 的延长线上,且||2||OB BC =, 则点C 的坐标为 .
5.把函数5422
+-=x x y 的图象按向量a
平移,得到2
2x y =的图象,且
a b ⊥,)1,1(-=c
,
4=?c b ,则 =b
.
6.不共线向量a ,b 的夹角为小于120的角,且||1,||2a b ==,已知向量2c a b =+,求||c 的取值范围.
7. 已知向量,a b 满足||||1a b ==,且||3||a kb ka b -=
+,其中0k >.
(1)试用k 表示a b ?,并求出a b ?的最大值及此时a 与b 的夹角θ的值;
(2)当a b ?取得最大值时,求实数λ,使||a b λ+的值最小,并对这一结果作出几何解释.
8. 已知向量33(cos
,sin ),(cos ,sin ),[,]222264
x x x x a b x ππ==-∈. (1)求a b ?及;||a b +; (2)求函数()
()(||
a b f x R a b λλ?=
∈+且0)λ≠的最小值.
参考答案
例1 (略) 例2 (略) 例3 (略) 例4
解:上述8个命题中只有③⑧正确;
对于①:两个向量的数量积是一个实数,应有0·a=0;对于②:应有0·a=0; 对于④:由数量积定义有|a·b|=|a|·|b|·|cos θ|≤|a||b|,这里θ是a与b的夹角,只有θ=0或θ=π时,才有|a·b|=|a|·|b|;
对于⑤:若非零向量a、b垂直,有a·b=0; 对于⑥:由a·b=0可知a⊥b可以都非零; 对于⑦:若a与с共线,记a=λс.
则a·b=(λс)·b=λ(с·b)=λ(b·с),
∴(a·b)·с=λ(b·с)с=(b·с)λс=(b·с)a 若a与с不共线,则(a·b)с≠(b·с)a.
评述:这一类型题,要求学生确实把握好数量积的定义、性质、运算律. 例5解:①当a∥b时,若a与b同向,则它们的夹角θ=0°,
∴a·b=|a|·|b|cos0°=3×6×1=18; 若a与b反向,则它们的夹角θ=180°,
∴a·b=|a||b|cos180°=3×6×(-1)=-18; ②当a⊥b时,它们的夹角θ=90°, ∴a·b=0;
③当a与b的夹角是60°时,有
a·b=|a||b|cos60°=3×6×
2
1
=9 评述:两个向量的数量积与它们的夹角有关,其范围是[0°,180°],因此,当a∥
b时,有0°或180°两种可能.
拓展提升
1 提示:设(,)(0)b x y y =≠33x y +=221(0)x y y +=≠.
2 提示:设点C 的坐标为(,)x y . 0AC BC ?=? 2
(1)(1)0x x y +-+=,
∴0AC BC ?=?12
2
=+y x ,∴甲是乙的充要条件.
3 提示:经验证,知以a b +为对角线时,其长度较短,6a b p q +=-.
4 (0,2)提示:点B 的坐标为(0,4),设点C 的坐标为(,)x y ,则2OB BC =-,可求得点C 的坐标为
(0,2).
5 )1,3(- 提示:由函数 5422
+-=x x y 的图象按向量a
平移,得到2
2x y =的图象,可得(1,3)a =--;
设(,)b m n =,由a b ⊥和4=?c b 得:30
4
m n m n --=??-=?,解之得3,1m n ==-.
6 解:2222
|||2|||44||178cos c a b a a b b θ=+=+?+=+(其中θ为a 与b 的夹角).
∵0120θ<<, ∴1
cos 12
θ-
<<, 13||5c <<, ∴||c 的取值范围为13,5). 7解:(1)2
2
2
1||3||()3()(0)4k a kb ka b a kb ka b a b k k
+-=+?-=+??=->. ∴111
()42
a b k k ?=-
+≤-,此时1cos 2θ=-,23πθ=
. ∴21(0)4k a b k k +?=->,a b ?的最大值为12-,此时a 与b 的夹角θ的值为23
π
. (2)由题意,12a b ?=-
,故22
213||1()24
a b λλλλ+=-+=-+, ∴当12λ=时,||a b λ+的值最小,此时1||02a b b +?=,这表明当1
()2
a b b +⊥.
8解:(1)333cos cos sin sin cos()cos 2222222
x x x x x x
a b x ?=-=+=; 223333|||(cos
cos ,sin sin )|(cos cos )(sin sin )22222222x x x x x x x x a b +=+-=++-3322(cos
cos sin sin )22cos 22cos 2222
x x x x
x x =+-=+=.
(2)cos 21()(cos )2cos 2cos x
f x x x
x λλ==-
, ∵[,]64x ππ∈, ∴1
cos 2cos x x
-
是减函数,
①当0λ>时,()f x 的最小值为()04
f π
=;
②当0λ<时,()f x 的最小值为()6
f π
=
.
综上,当0λ>时,()f x 的最小值为0;当0λ<时,()f x .