高中数学第二章平面向量2.4平面向量的基数量积教学案新人教A版

2.4 平面向量的基数量积第1课时平面向量数量积的物理背景及其含义[核心必知]1．预习教材，问题导入根据以下提纲，预习教材P103～P105的内容，回答下列问题．观察教材P103图2.4－1和图2.4－2，思考：(1)如何计算力F所做的功？提示：W＝|F||s|cos_θ.(2)力F在位移方向上的分力是多少？提示：|F|cos_θ.(3)力做功的大小与哪些量有关？提示：与力F的大小、位移的大小及它们之间的夹角有关．2．归纳总结，核心必记(1)向量的数量积的定义(2)①投影的概念：(ⅰ)向量b在a的方向上的投影为|b|cos_θ．(ⅱ)向量a在b的方向上的投影为|a|cos_θ．②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|cos_θ的乘积．(3)向量数量积的性质设a与b都是非零向量，θ为a与b的夹角．①a⊥b⇔a·b＝0．②当a与b同向时，a·b＝|a||b|，当a与b反向时，a·b＝－|a||b|．③a·a＝|a|2或|a|＝a·a＝a2.④cos θ＝a·b|a||b|.⑤|a·b|≤|a||b|.(4)向量数量积的运算律①a·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)．[问题思考](1)向量的数量积与数乘向量的区别是什么？提示：平面向量的数量积是关于两个向量间的运算，其运算结果是一个实数，这个实数的符号由两向量夹角的余弦值来确定．向量的数乘是实数与向量间的运算，其结果是一个向量，这个向量与原向量是共线向量．(2)数量积a·b与实数乘法ab的区别是什么？提示：①在实数中，若a≠0，且ab＝0，则b＝0，但在数量积中，若a≠0且a·b＝0，不一定能推出b＝0，这是因为|b|cos_θ有可能为0，即a⊥b.②在实数中|ab|＝|a||b|，但在向量中|a·b|≤|a|·|b|．(3)a⊥b与a·b＝0等价吗？提示：当a与b为非零向量时，两者等价；当其中一个为零向量时，两者不等价．(4)a·b＜0，则〈a，b〉是钝角吗？提示：a·b＝|a|·|b|·cos〈a，b〉＜0，∴cos〈a，b〉＜0，∴〈a，b〉是钝角或180°.(5)a·b中的“·”能省略不写吗？提示：不能省略，也不能换成其它符号，a与b的数量积又称a与b的点乘．(6)对于向量a，b，c，等式(a·b)·c＝a·(b·c)一定成立吗？提示：不一定成立，∵若(a·b)·c≠0，其方向与c相同或相反，而a·(b·c)≠0时其方向与a相同或相反，而a与c方向不一定相同，故该等式不一定成立．[课前反思](1)向量数量积的定义：；(2)向量数量积的几何意义：；(3)向量数量积的性质：；(4)向量数量积的运算律：.[思考1] 要求a·b，需要知道哪些量？名师指津：要求a·b，需要知道|a|、|b|、cos_θ．[思考2] 你认为，求平面向量数量积的步骤是什么？名师指津：求平面向量数量积的步骤为：(1)求a与b的夹角θ，θ∈[0，π]；(2)求|a|和|b|；(3)代入公式求a·b的值．讲一讲1．(1)已知向量a与b的夹角为120°，且|a|＝4，|b|＝2，求：①a·b；②(a＋b)·(a －2b)．(2)设正三角形ABC的边长为2，求a·b＋b·c＋c·a.[尝试解答] (1)①由已知得a·b＝|a||b|cos θ＝4×2×cos 120°＝－4.②(a＋b)·(a－2b)＝a2－a·b－2b2＝16－(－4)－2×4＝12.(2)∵|a|＝|b|＝|c|＝2，且a与b、b与c、c与a的夹角均为120°，∴a·b＋b·c＋c·a＝2×2×cos 120°×3＝－3.向量数量积的求法(1)求两个向量的数量积，首先确定两个向量的模及向量的夹角，其中准确求出两个向量的夹角是求数量积的关键．(2)根据数量积的运算律，向量的加、减与数量积的混合运算类似于多项式的乘法运算．练一练1．已知正方形ABCD的边长为2，分别求：[思考] 如何求向量的模|a|?讲一讲2．(1)已知向量a ，b 满足a·b ＝0，|a |＝1，|b |＝1，则|a －3b |＝________． (2)已知向量a 与b 夹角为45°，且|a |＝1，|2a ＋b |＝10，则|b |＝________． [尝试解答] (1)因为a·b ＝0，|a |＝1，|b |＝1， 所以|a －3b |＝（a －3b ）2＝a 2－6a ·b ＋9b 2＝12＋9×12＝10. (2)因为|2a ＋b|＝10， 所以(2a ＋b )2＝10， 所以4a 2＋4a·b ＋b 2＝10，又因为向量a 与b 的夹角为45°且|a |＝1， 所以4×12＋4×1×|b |×22＋|b |2＝10， 整理得|b |2＋22|b |－6＝0， 解得|b |＝2或|b |＝－32(舍去)． 答案：(1)10 (2) 2向量模的常见求法在求向量的模时，直接运用公式|a |＝a·a ，但计算两向量的和与差的长度用|a ±b |＝（a ±b ）2＝a 2±2a ·b ＋b 2.练一练2．(1)已知非零向量a ＝2b ＋2c ，|b |＝|c |＝1，若a 与b 的夹角为π3，则|a |＝________；(2)已知向量a 、b 满足|a |＝2，|b |＝3，|a ＋b |＝4，则|a －b |＝________． 解析：(1)由于c ＝12a －b ，所以c 2＝14|a |2＋|b |2－2×12|a ||b |×12，整理得|a |2－2|a |＝0，所以|a |＝2或|a |＝0(舍去)．(2)由已知，|a ＋b |＝4，∴|a ＋b |2＝42，∴a 2＋2a ·b ＋b 2＝16.(*)∵|a |＝2，|b |＝3，∴a 2＝|a |2＝4，b 2＝|b |2＝9，代入(*)式得4＋2a·b ＋9＝16，即2a·b ＝3.又∵|a －b |2＝(a －b )2＝a 2－2a ·b ＋b 2＝4－3＋9＝10，∴|a －b |＝10 答案：(1)2 (2)10[思考1] 如何求a 与b 的夹角θ？名师指津：利用cos_θ＝a·b|a ||b |求出cos_θ的值，然后借助θ∈[0，π]求θ.[思考2] 两非零向量a 与b 垂直的充要条件是什么？ 名师指津：两非零向量a 与b 垂直的充要条件是a·b ＝0. 讲一讲3．(1)已知向量a ，b 满足(a ＋2b )·(a －b )＝－6，且|a|＝1，|b |＝2，则a 与b 的夹角为________．(2)已知非零向量a ，b 满足a ＋3b 与7a －5b 互相垂直，a －4b 与7a －2b 互相垂直，求a 与b 的夹角．[尝试解答] (1)设a 与b 的夹角为θ，依题意有：(a ＋2b )·(a －b )＝a 2＋a ·b －2b 2＝－7＋2cos θ＝－6，所以cos θ＝12，因为0≤θ≤π，故θ＝π3.(2)由已知条件得⎩⎪⎨⎪⎧（a ＋3b ）·（7a －5b ）＝0，（a －4b ）·（7a －2b ）＝0，即⎩⎪⎨⎪⎧7a 2＋16a ·b －15b 2＝0， ①7a 2－30a ·b ＋8b 2＝0， ② ②－①得23b 2－46a ·b ＝0， ∴2a ·b ＝b 2，代入①得a 2＝b 2，∴|a |＝|b |，∴cos θ＝a·b |a ||b |＝12b 2|b |2＝12.∵θ∈[0，π]，∴θ＝π3.答案：(1)π3求向量a ，b 的夹角θ的思路(1)求向量的夹角的关键是计算a·b 及|a ||b |，在此基础上结合数量积的定义或性质计算cos θ＝a·b|a||b |，最后借助θ∈[0，π]，求出θ值．(2)在个别含有|a |，|b |与a·b 的等量关系式中，常利用消元思想计算cos θ的值． 练一练3．已知|a |＝3，|b |＝2，向量a ，b 的夹角为60°，c ＝3a ＋5b ，d ＝m a －3b ，求当m 为何值时，c 与d 垂直？解：由已知得a·b ＝3×2×cos 60°＝3. 由c⊥d ，得c·d ＝0， 即c·d ＝(3a ＋5b )·(m a －3b ) ＝3m a 2＋(5m －9)a ·b －15b 2＝27m ＋3(5m －9)－60＝42m －87＝0， ∴m ＝2914，即m ＝2914时，c 与d 垂直．——————————————[课堂归纳·感悟提升]———————————————1．本节课的重点是向量数量积的定义、几何意义以及向量数量积的性质、运算律，难点是向量数量积的几何意义．2．要掌握与数量积相关的三个问题 (1)数量积的计算，见讲1； (2)向量的模的计算，见讲2； (3)向量的夹角及垂直问题，见讲3. 3．要注意区分向量数量积与实数运算的区别(1)在实数运算中，若ab ＝0，则a 与b 中至少有一个为0.而在向量数量积的运算中，不能从a ·b ＝0推出a ＝0或b ＝0.实际上由a ·b ＝0可推出以下四种结论：①a ＝0，b ＝0；②a ＝0，b ≠0；③a ≠0，b ＝0；④a ≠0，b ≠0，但a ⊥b .(2)在实数运算中，若a ，b ∈R ，则|ab |＝|a |·|b |，但对于向量a ，b ，却有|a·b |≤|a ||b |，当且仅当a ∥b 时等号成立．这是因为|a ·b |＝|a ||b ||cos θ|，而|cos θ|≤1.(3)实数运算满足消去律：若bc ＝ca ，c ≠0，则有b ＝a .在向量数量积的运算中，若a·b ＝a·c (a ≠0)，则向量c ，b 在向量a 方向上的投影相同，因此由a·b ＝a ·c (a ≠0)不能得到b ＝c .(4)实数运算满足乘法结合律，但向量数量积的运算不满足乘法结合律，即(a·b )·c不一定等于a·(b·c )，这是由于(a·b )·c 表示一个与c 共线的向量，而a ·(b·c )表示一个与a 共线的向量，而c 与a 不一定共线．课下能力提升(十九) [学业水平达标练]题组1 向量数量积的运算 1．下列命题：(1)若a ≠0，a ·b ＝a ·c ，则b ＝c ；(2)(a ·b )·c ＝a·(b ·c )对任意向量a ，b ，c 都成立； (3)对任一向量a ，有a 2＝|a |2.其中正确的有( ) A ．0个 B ．1个 C ．2个 D ．3个 解析：选B (1)(2)不正确，(3)正确．2．已知|b |＝3，a 在b 方向上的投影是32，则a ·b 为( )A.92 B ．3 C ．2 D.12解析：选A ∵|a |cos 〈a ，b 〉＝32，|b |＝3，∴a ·b ＝|a |·|b |cos 〈a ，b 〉＝3×32＝92.A.49B.43 C ．－43 D ．－49题组2 向量的模5．若非零向量a 与b 的夹角为2π3，|b |＝4，(a ＋2b )·(a －b )＝－32，则向量a 的模为( )A ．2B ．4C ．6D ．12解析：选A 由已知得，a 2＋a ·b －2b 2＝－32，∴|a |2＋|a |×4×cos 2π3－2×42＝－32.解得|a |＝2或|a |＝0(舍)．6．已知向量a ，b 的夹角为120°，|a|＝1，|b |＝3，则|5a －b |＝________． 解析：|5a －b |＝|5a －b |2＝（5a －b ）2＝25a 2＋b 2－10a ·b ＝25＋9－10×1×3×⎝ ⎛⎭⎪⎫－12＝7. 答案：77．已知非零向量a ，b ，满足a⊥b ，且a ＋2b 与a －2b 的夹角为120°，则|a||b|＝________． 解析：(a ＋2b )·(a －2b )＝a 2－4b 2，∵a ⊥b ， ∴|a ＋2b |＝a 2＋4b 2，|a －2b |＝a 2＋4b 2.故cos 120°＝（a ＋2b ）·（a －2b ）|a ＋2b ||a －2b |＝a 2－4b 2（a 2＋4b 2）2＝a 2－4b 2a 2＋4b 2＝－12，得a 2b 2＝43，即|a ||b |＝233. 答案：233题组3 两向量的夹角与垂直问题8．若非零向量a ，b 满足|a |＝|b |，(2a ＋b )·b ＝0，则a 与b 的夹角为( )A ．30°B ．60°C ．120°D ．150°解析：选C 因为(2a ＋b )·b ＝2a ·b ＋b ·b ＝0，所以a ·b ＝－12|b |2.设a 与b 的夹角为θ，则cos θ＝a ·b |a ||b |＝－12|b |2|b |2＝－12，故θ＝120°.9．已知|a |＝|b |＝1，a 与b 的夹角是90°，c ＝2a ＋3b ，d ＝k a －4b ，c 与d 垂直，则k 的值为( )A ．－6B ．6C ．3D ．－3解析：选B 由c⊥d 得c·d ＝0，即(2a ＋3b )·(k a －4b )＝0，即2k |a |2＋(3k －8)a ·b －12|b |2＝0，所以2k ＋(3k －8)×1×1×cos 90°－12＝0，即k ＝6.故选B.10．设向量a ，b 满足|a |＝1，|b |＝1，且|k a ＋b |＝3|a －k b |(k >0)．若a 与b 的夹角为60°，则k ＝________．解析：∵|k a ＋b |＝3|a －k b |，∴k 2a 2＋b 2＋2k a ·b ＝3(a 2＋k 2b 2－2k a ·b )．∴k 2＋1＋k ＝3(1＋k 2－k )．即k 2－2k ＋1＝0，∴k ＝1. 答案：111．已知|a |＝1，a ·b ＝14，(a ＋b )·(a －b )＝12.(1)求|b |的值；(2)求向量a －b 与a ＋b 夹角的余弦值． 解：(1)(a ＋b )·(a －b )＝a 2－b 2＝12.∵|a |＝1，∴1－|b |2＝12，∴|b |＝22.(2)∵|a ＋b |2＝a 2＋2a ·b ＋b 2＝1＋2×14＋12＝2，|a －b |2＝a 2－2a ·b ＋b 2＝1－2×14＋12＝1，∴|a ＋b |＝2，|a －b |＝1. 令a ＋b 与a －b 的夹角为θ，则cos θ＝（a ＋b ）·（a －b ）|a ＋b ||a －b |＝122×1＝24，即向量a －b 与a ＋b 夹角的余弦值是24.[能力提升综合练]1．已知|a|＝3，|b|＝5，且a与b的夹角θ＝45°，则向量a在向量b上的投影为( )A.322B．3 C．4 D．5解析：选A 由已知|a|＝3，|b|＝5，cos θ＝cos 45°＝22，而向量a在向量b上的投影为|a|cos θ＝3×22＝322.2．设向量a，b满足|a＋b|＝10，|a－b|＝6，则a·b＝( ) A．1 B．2 C．3 D．5解析：选A ∵|a＋b|＝10，∴(a＋b)2＝10，即a2＋b2＋2a·b＝10.①∵|a－b|＝6，∴(a－b)2＝6，即a2＋b2－2a·b＝6.②由①②可得a·b＝1，故选A.A．2 3 B.32C.33D. 3解析：画出图形知△ABC为直角三角形，且∠ABC＝90°，＝0＋4×5×⎝ ⎛⎭⎪⎫－45＋5×3×⎝ ⎛⎭⎪⎫－35＝－25. 答案：－255．已知平面向量α，β，|α|＝1，|β|＝2，α⊥(α－2β)，则|2α＋β|的值是________．解析：|α|＝1，|β|＝2，由α⊥(α－2β)，知α·(α－2β)＝0，2α·β＝1， 所以|2α＋β|2＝4α2＋4α·β＋β2＝4＋2＋4＝10，故|2α＋β|＝10. 答案：106．已知a ，b 是两个非零向量，同时满足|a |＝|b |＝|a －b |，求a 与a ＋b 的夹角． 解：根据|a |＝|b |，有|a |2＝|b |2，又由|b |＝|a －b |，得|b |2＝|a |2－2a ·b ＋|b |2， ∴a ·b ＝12|a |2.而|a ＋b |2＝|a |2＋2a ·b ＋|b |2＝3|a |2， ∴|a ＋b |＝3|a |.设a 与a ＋b 的夹角为θ.则cos θ＝a ·（a ＋b ）|a ||a ＋b |＝|a |2＋12|a |2|a |·3|a |＝32.∴θ＝30°.7．已知a ，b 是非零向量，t 为实数，设u ＝a ＋t b . (1)当|u |取最小值时，求实数t 的值； (2)当|u |取最小值时，向量b 与u 是否垂直？解：(1)|u |2＝|a ＋t b |2＝(a ＋t b )·(a ＋t b )＝|b |2t 2＋2(a ·b )t ＋|a |2＝|b |2⎝ ⎛⎭⎪⎫t ＋a ·b |b |22＋|a |2－（a ·b ）2|b |2. ∵b 是非零向量，∴|b |≠0， ∴当t ＝－a ·b|b |2时，|u |＝|a ＋t b |的值最小． (2)∵b ·(a ＋t b )＝a ·b ＋t |b |2＝a·b ＋⎝ ⎛⎭⎪⎫－a·b|b |2·|b |2＝a ·b －a ·b ＝0，∴b ⊥(a ＋t b )，即b ⊥u .第2课时 平面向量数量积的坐标表示、模、夹角[核心必知]1．预习教材，问题导入根据以下提纲，预习教材P106～P107的内容，回答下列问题．已知两个向量a＝(x1，y1)，b＝(x2，y2)．(1)若i，j是两个互相垂直且分别与x轴、y轴的正半轴同向的单位向量，则a，b如何用i，j表示？提示：a＝x1i＋y1j，b＝x2i＋y2j.(2)|a|，|b|分别用坐标怎样表示？提示：|a|＝（x1i＋y1j）2＝x21＋y21；|b|＝（x2i＋y2j）2＝x22＋y22.(3)能用a，b的坐标表示a·b吗？提示：a·b＝(x1i＋y1j)·(x2i＋y2j)＝x1x2i2＋(x1y2＋x2y1)i·j＋y1y2j2＝x1x2＋y1y2.2．归纳总结，核心必记(1)平面向量数量积的坐标表示若a＝(x1，y1)，b＝(x2，y2)，则a·b＝x1x2＋y1y2，即两个向量的数量积等于它们对应坐标的乘积的和．(2)两个向量垂直的坐标表示设两个非零向量a＝(x1，y1)，b＝(x2，y2)，则a⊥b⇔x1x2＋y1y2＝0．(3)三个重要公式①向量模的公式：设a＝(x1，y1)，则|a|＝x21＋y21.②两点间的距离公式：若A(x1，y1)，B(x2，y2)，则|AB―③向量的夹角公式：设两非零向量a＝(x1，y1)，b＝(x2，y2)，a与b的夹角为θ，则cos θ[问题思考](1)已知向量a＝(x，y)，你知道与a共线的单位向量的坐标是什么吗？与a垂直的单位向量的坐标又是什么？提示：设与a 共线的单位向量为a 0，则a 0＝±1|a |a ＝ ±⎝ ⎛⎭⎪⎫x|a |，y |a |＝±⎝⎛⎭⎪⎫x x 2＋y2，y x 2＋y 2，其中正号，负号分别表示与a 同向和反向． 易知b ＝(－y ，x )和a ＝(x ，y )垂直，∴与a 垂直的单位向量b 0的坐标为±⎝ ⎛⎭⎪⎫－y x 2＋y2，x x 2＋y 2，其中正，负号表示不同的方向．(2)你能用向量法推导两点间距离公式|AB |＝（x 2－x 1）2＋（y 2－y 1）2吗？[课前反思](1)平面向量数量积的坐标表示： ；(2)两个向量垂直的坐标表示： ；(3)向量模的公式： ；(4)向量的夹角公式： ．讲一讲1．(1)在平面直角坐标系xOy 中，已知＝(－1，t )，＝(2，2)，若∠ABO ＝90°，则实数t 的值为________．(2)已知向量a ＝(1，3)，b ＝(2，5)，c ＝(2，1)，求：①2a ·(b －a )；②(a ＋2b )·c .(2)法一：①∵2a ＝2(1，3)＝(2，6)，b－a＝(2，5)－(1，3)＝(1，2)，∴2a·(b－a)＝(2，6)·(1，2)＝2×1＋6×2＝14.②∵a＋2b＝(1，3)＋2(2，5)＝(1，3)＋(4，10)＝(5，13)，∴(a＋2b)·c＝(5，13)·(2，1)＝5×2＋13×1＝23.法二：①2a·(b－a)＝2a·b－2a2＝2(1×2＋3×5)－2(1＋9)＝14.②(a＋2b)·c＝a·c＋2b·c＝1×2＋3×1＋2(2×2＋5×1)＝23.答案：(1)5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．练一练1．已知向量a与b同向，b＝(1，2)，a·b＝10.(1)求向量a的坐标；(2)若c＝(2，－1)，求(b·c)·a.解：(1)因为a与b同向，又b＝(1，2)，所以a＝λb＝(λ，2λ)．又a·b＝10，所以1·λ＋2·2λ＝10，解得λ＝2>0.因为λ＝2符合a与b同向的条件，所以a＝(2，4)．(2)因为b·c＝1×2＋2×(－1)＝0，所以(b·c)·a＝0·a＝0.[思考] 向量的模与两点间的距离有什么关系？名师指津：向量的模即为向量的长度，其大小应为平面直角坐标系中两点间的距离，如a ＝(x ，y )，则在平面直角坐标系中，一定存在点A (x ，y )，使得＝a ＝(x ，y )，∴||＝|离公式．由此可知向量的模的运算实质即为平面直角坐标系中两点间的距离的运算．讲一讲2．(1)若向量a ＝(2x －1，3－x )，b ＝(1－x ，2x －1)，则|a －b |的最小值为________． (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．[尝试解答] (1)∵a ＝(2x －1，3－x )，b ＝(1－x ，2x －1)，∴a －b ＝(2x －1，3－x )－(1－x ，2x －1)＝(3x －2，4－3x )，∴|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.(2)①∵a ＝AB ―→＝(2，1)－(－2，4)＝(4，－3)， ∴|a |＝42＋（－3）2＝5.②与a 平行的单位向量是±a |a |＝±15(4，－3)，即坐标为⎝ ⎛⎭⎪⎫45，－35或⎝ ⎛⎭⎪⎫－45，35.③设与a 垂直的单位向量为e ＝(m ，n )，则a ·e ＝4m －3n ＝0，∴m n ＝34.又∵|e |＝1，∴m 2＋n 2＝1. 解得⎩⎨⎧m ＝35，n ＝45，或⎩⎪⎨⎪⎧m ＝－35，n ＝－45，∴e ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫35，45或⎝ ⎛⎭⎪⎫－35，－45.答案：(1) 2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. 练一练2．已知向量a ＝(3，－1)和b ＝(1，3)，若a ·c ＝b ·c ，试求模为2的向量c 的坐标．解：法一：设c ＝(x ，y )，则a ·c ＝(3，－1)·(x ，y )＝3x －y ，b ·c ＝(1，3)·(x ，y )＝x ＋3y ，由a ·c ＝b ·c 及|c |＝2，得⎩⎨⎧3x －y ＝x ＋3y ，x 2＋y 2＝2，解得⎩⎪⎨⎪⎧x ＝3＋12，y ＝3－12，或⎩⎪⎨⎪⎧x ＝－3＋12，y ＝－3－12，所以c ＝⎝⎛⎭⎪⎫3＋12，3－12或c ＝⎝⎛⎭⎪⎫－3＋12，－3－12.法二：由于a ·b ＝3×1＋(－1)×3＝0，且|a |＝|b |＝2，从而以a ，b 为邻边的平行四边形是正方形，且由于a ·c ＝b ·c ，所以c 与a ，b 的夹角相等，从而c 与正方形的对角线共线．此外，由于|c |＝2，即其长度为正方形对角线长度(2|b |＝22)的一半，故c ＝12(a ＋b )＝⎝⎛⎭⎪⎫3＋12，3－12或c ＝－12(a ＋b )＝⎝⎛⎭⎪⎫－3＋12，－3－12.[思考] 当a 与b 是非坐标形式时，如何求a 与b 的夹角？如果a 与b 是坐标形式时，又如何求a 与b 的夹角？名师指津：(1)当a ，b 是非坐标形式时，求a 与b 的夹角，需求出a ·b ，|a |和|b |或直接得出它们之间的关系．(2)若a ，b 是坐标形式，则可直接利用公式cos θ＝x 1x 2＋y 1y 2x 21＋y 21·x 22＋y 22求解． 讲一讲3．已知平面向量a ＝(3，4)，b ＝(9，x )，c ＝(4，y )，且a ∥b ，a ⊥c . (1)求b 与c ；(2)若m ＝2a －b ，n ＝a ＋c ，求向量m ，n 的夹角的大小．[尝试解答] (1)∵a ∥b ，∴3x ＝4×9，∴x ＝12. ∵a ⊥c ，∴3×4＋4y ＝0，∴y ＝－3，∴b ＝(9，12)，c ＝(4，－3)． (2)m ＝2a －b ＝(6，8)－(9，12)＝(－3，－4)，n ＝a ＋c ＝(3，4)＋(4，－3)＝(7，1)．设m 、n 的夹角为θ，则cos θ＝m ·n|m ||n |＝－3×7＋（－4）×1（－3）2＋（－4）272＋12＝－25252＝－22.∵θ∈[0，π]，∴θ＝3π4，即m 、n 的夹角为3π4.解决向量夹角问题的方法及注意事项(1)先利用平面向量的坐标表示求出这两个向量的数量积a ·b 以及|a ||b |，再由cos θ＝a ·b |a ||b |求出cos θ，也可由坐标表示cos θ＝x 1x 2＋y 1y 2x 21＋y 21x 22＋y 22直接求出cos θ.由三角函数值cos θ求角θ时，应注意角θ的取值范围是0≤θ≤π.(2)由于0≤θ≤π，所以利用cos θ＝a ·b |a ||b |来判断角θ时，要注意cos θ<0有两种情况：一是θ是钝角，二是θ＝π；cos θ>0也有两种情况：一是θ为锐角，二是θ＝0.练一练3．已知a ＝(1，2)，b ＝(1，λ)，求满足下列条件的实数λ的取值范围． (1)a 与b 的夹角为90°. (2)a 与b 的夹角为锐角． 解：(1)设a 与b 的夹角为θ. |a |＝12＋22＝5，|b |＝1＋λ2，a ·b ＝(1，2)·(1，λ)＝1＋2λ.因为a ⊥b ，所以a ·b ＝0， 所以1＋2λ＝0，所以λ＝－12.(2)因为a 与b 的夹角为锐角， 所以cos θ>0，且cos θ≠1， 所以a ·b >0且a 与b 不同向． 因此1＋2λ>0，所以λ>－12.又a 与b 共线且同向时，λ＝2.所以a 与b 的夹角为锐角时，λ的取值范围为⎝ ⎛⎭⎪⎫－12，2∪(2，＋∞)． ——————————————[课堂归纳·感悟提升]———————————————1．本节课的重点是向量的坐标表示以及用向量的坐标解决模、夹角、垂直等问题． 2．要掌握平面向量数量积的坐标运算及应用 (1)求平面向量的数量积，见讲1； (2)解决向量模的问题，见讲2； (3)解决向量的夹角与垂直问题，见讲3. 3．本节课的易错点解决两向量的夹角问题时，易忽视夹角为0或π的特殊情况，如练3.课下能力提升(二十) [学业水平达标练]题组1 平面向量数量积的坐标运算1．已知向量a ＝(1，－1)，b ＝(2，x )．若a ·b ＝1，则x ＝( ) A ．－1 B ．－12C.12D ．1 解析：选D a ·b ＝(1，－1)·(2，x )＝2－x ＝1⇒x ＝1.2．已知向量a ＝(0，－23)，b ＝(1，3)，则向量a 在b 方向上的投影为( ) A. 3 B ．3 C ．－ 3 D ．－3解析：选D 向量a 在b 方向上的投影为a ·b |b |＝－62＝－3.选D.3．已知向量a ＝(3，1)，b 是不平行于x 轴的单位向量，且a ·b ＝3，则b ＝( ) A.⎝⎛⎭⎪⎫32，12 B.⎝ ⎛⎭⎪⎫12，32 C.⎝ ⎛⎭⎪⎫14，334 D ．(1，0) 解析：选B 法一：设b ＝(x ，y )，其中y ≠0， 则a ·b ＝3x ＋y ＝ 3.由⎩⎨⎧x 2＋y 2＝1，3x ＋y ＝3y ≠0，，解得⎩⎪⎨⎪⎧x ＝12，y ＝32，即b ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫12，32.故选B.法二：利用排除法．D 中，y ＝0，∴D 不符合题意；C 中，向量⎝ ⎛⎭⎪⎫14，334不是单位向量，∴C 不符合题意；A 中，向量⎝ ⎛⎭⎪⎫32，12使得a ·b ＝2， ∴A 不符合题意．故选B. 题组2 向量模的问题4．已知平面向量a ＝(2，4)，b ＝(－1，2)，若c ＝a －(a ·b )b ，则|c |等于( ) A ．4 2 B ．2 5 C ．8 D ．8 2解析：选D 易得a ·b ＝2×(－1)＋4×2＝6， 所以c ＝(2，4)－6(－1，2)＝(8，－8)， 所以|c |＝82＋（－8）2＝8 2.5．设平面向量a ＝(1，2)，b ＝(－2，y )，若a ∥b ，则|3a ＋b |等于________． 解析：a ∥b ，则2×(－2)－1·y ＝0，解得y ＝－4，从而3a ＋b ＝(1，2)，|3a ＋b |＝ 5. 答案： 56．已知在直角梯形ABCD 中，AD ∥BC ，∠ADC ＝90°，AD ＝2，BC ＝1，P 是腰DC 上的动点，则||的最小值为________．解析：建立如图所示的平面直角坐标系，设DC ＝h ，则A (2，0)，B (1，h )．设P (0，y )(0≤y ≤h )，则＝(2，－y )，＝(1，h －y )，∴||＝25＋（3h －4y ）2≥25＝5. 故||的最小值为5.答案：5题组3 向量的夹角与垂直问题7．设向量a ＝(1，0)，b ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫12，12，则下列结论中正确的是( ) A ．|a |＝|b | B ．a ·b ＝22C ．a －b 与b 垂直D ．a ∥b解析：选C 由题意知|a |＝12＋02＝1，|b |＝⎝ ⎛⎭⎪⎫122＋⎝ ⎛⎭⎪⎫122＝22，a ·b ＝1×12＋0×12＝12，(a －b )·b ＝a ·b －|b |2＝12－12＝0，故a －b 与b 垂直． 8．已知向量a ＝(1，2)，b ＝(2，－3)，若向量c 满足(c ＋a )∥b ，c ⊥(a ＋b )，则c 等于( )A.⎝ ⎛⎭⎪⎫79，73B.⎝ ⎛⎭⎪⎫－73，－79C.⎝ ⎛⎭⎪⎫73，79D.⎝ ⎛⎭⎪⎫－79，－73解析：选D 设c ＝(m ，n )，则a ＋c ＝(1＋m ，2＋n )，a ＋b ＝(3，－1)， 由(c ＋a )∥b ，得－3(1＋m )＝2(2＋n )， 又c ⊥(a ＋b )，得3m －n ＝0， 故m ＝－79，n ＝－73.9．以原点O 和点A (5，2)为顶点作等腰直角三角形OAB ，使∠B ＝90°，求点B 和向量的坐标．解：设点B 坐标为(x ，y )，则＝(x ，y )，＝(x －5，y －2)．∵⊥，∴x (x －5)＋y (y －2)＝0，即x 2＋y 2－5x －2y ＝0. 又∵||＝||， ∴x 2＋y 2＝(x －5)2＋(y －2)2，即10x ＋4y ＝29.由⎩⎪⎨⎪⎧x 2＋y 2－5x －2y ＝0，10x ＋4y ＝29， 解得⎩⎪⎨⎪⎧x ＝72，y ＝－32，或⎩⎪⎨⎪⎧x ＝32，y ＝72.∴点B 的坐标为⎝ ⎛⎭⎪⎫72，－32或⎝ ⎛⎭⎪⎫32，72. ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫－32，－72或⎝ ⎛⎭⎪⎫－72，32. 10．已知a ，b ，c 是同一平面内的三个向量，其中a ＝(1，2)．(1)若|c |＝25，且c ∥a ，求c 的坐标；(2)若|b |＝52，且a ＋2b 与2a －b 垂直，求a 与b 的夹角θ. 解：(1)设c ＝(x ，y )，∵|c |＝25，∴x 2＋y 2＝25，∴x 2＋y 2＝20.由c ∥a 和|c |＝25，可得⎩⎪⎨⎪⎧1·y －2·x ＝0，x 2＋y 2＝20， 解得⎩⎪⎨⎪⎧x ＝2，y ＝4，或⎩⎪⎨⎪⎧x ＝－2，y ＝－4. 故c ＝(2，4)或c ＝(－2，－4)．(2)∵(a ＋2b )⊥(2a －b )，∴(a ＋2b )·(2a －b )＝0，即2a 2＋3a ·b －2b 2＝0，∴2×5＋3a ·b －2×54＝0， 整理得a ·b ＝－52， ∴cos θ＝a ·b |a ||b |＝－1.又θ∈[0，π]，∴θ＝π.[能力提升综合练]A.32 B ．－32C ．4D ．－4解得m ＝4.2．已知向量＝(2，2)，＝(4，1)，在x 轴上有一点P ，使有最小值，则点P 的坐标是( )A ．(－3，0)B ．(2，0)C ．(3，0)D ．(4，0)解析：选C 设P (x ，0)，则＝(x －2，－2)，＝(x －4，－1)，∴＝(x －2)(x －4)＋2＝x 2－6x ＋10＝(x －3)2＋1，故当x ＝3时，AP ―→·BP ―→最小，此时点P的坐标为(3，0)．3．a ，b 为平面向量，已知a ＝(4，3)，2a ＋b ＝(3，18)，则a ，b 夹角的余弦值等于( )A.865 B ．－865 C.1665 D ．－1665解析：选C 设b ＝(x ，y )，则2a ＋b ＝(8＋x ，6＋y )＝(3，18)，所以⎩⎪⎨⎪⎧8＋x ＝3，6＋y ＝18， 解得⎩⎪⎨⎪⎧x ＝－5，y ＝12， 故b ＝(－5，12)，所以cos 〈a ，b 〉＝a ·b |a ||b |＝1665. 4．已知a ＝(1，2)，b ＝(x ，4)，且a ·b ＝10，则|a －b |＝________.解析：由题意，得a ·b ＝x ＋8＝10，∴x ＝2，∴a －b ＝(－1，－2)，∴|a －b |＝ 5. 答案： 55．如图，已知点A (1，1)和单位圆上半部分上的动点B ，若⊥，则向量的坐标为________．解析：依题意设B (cos θ，sin θ)，0≤θ≤π，即cos θ＋sin θ＝0，解得θ＝3π4， 所以＝⎝ ⎛⎭⎪⎫－22，22. 答案：⎝ ⎛⎭⎪⎫－22，22 6．已知a ＝(λ，2λ)，b ＝(3λ，2)，若a 与b 的夹角为锐角，则λ的取值范围是________． 解析：因为a 与b 的夹角为锐角，所以0<a ·b |a ||b |<1， 即0<3λ2＋4λ5λ2×9λ2＋4<1， 解得λ<－43或0<λ<13或λ>13. 答案：⎝ ⎛⎭⎪⎫－∞，－43∪⎝ ⎛⎭⎪⎫0，13∪⎝ ⎛⎭⎪⎫13，＋∞ 7．已知O 为坐标原点，＝(2，5)，＝(3，1)，＝(6，3)，则在线段OC 上是否存在点M ，使得？若存在，求出点M 的坐标；若不存在，请说明理由．解：假设存在点M ，∴(2－6λ)(3－6λ)＋(5－3λ)(1－3λ)＝0， 即45λ2－48λ＋11＝0，解得λ＝13或λ＝1115.∴存在M (2，1)或M ⎝ ⎛⎭⎪⎫225，115满足题意．。