极化恒等式优化向量题解法
高中数学平面向量专题——专题07??极化...
高中数学平面向量专题——专题07 极化...
高中数学平面向量专题——专题07 极化恒等式问题
极化恒等式这个概念虽在课本上没有涉及，但在处理一类向量数量积时有奇效
1.极化恒等式：
2.极化恒等式三角形模型：
3. 极化恒等式平行四边形模型：
题型总结归类：
类型一利用极化恒等式求值
类型二利用极化恒等式求最值或范围
类型三利用极化恒等式求参数
全国卷向量考察基本送分题，一般难度不大，但是对于基础比较好的多学一点技巧和解题套路，没有坏处。
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向量点积另类方法--极化恒等式
向量点积另类方法--极化恒等式向量点积另类方法 - 极化恒等式背景向量点积是在线性代数中常用的操作，它可以计算两个向量之间的相似性或夹角。
传统的向量点积方法是将两个向量的对应元素相乘并求和，得到一个标量值。
然而，存在一种另类的向量点积方法，即极化恒等式方法。
极化恒等式方法极化恒等式方法是一种通过向量的乘法和加法操作来计算点积的方法。
具体而言，对于两个向量a和b，我们可以使用极化恒等式进行点积计算如下：a ·b = 1/4[(a + b)^2 - (a - b)^2]这个公式可以分解为两个部分，分别是(a + b)^2和(a - b)^2。
其中，(a + b)^2可以通过向量加法和乘法来计算，而(a - b)^2同样也可以通过向量加法和乘法来计算。
优势和应用极化恒等式方法相对于传统的点积方法具有以下优势：1. 可扩展性：极化恒等式方法可以扩展到高维向量计算，适用于更复杂的问题。
2. 简化计算：极化恒等式方法通过将点积计算分解为乘法和加法操作，简化了计算过程，降低了计算复杂度。
3. 稳定性：极化恒等式方法在计算过程中避免了大量的乘法操作，从而降低了数值计算中的误差累积。
极化恒等式方法在各种应用中都有着广泛的应用，特别是在机器研究、计算机视觉和信号处理等领域。
通过将点积计算分解为加法和乘法操作，可以提高计算效率，同时保持结果的准确性。
结论极化恒等式方法是一种另类的向量点积计算方法，通过将点积计算分解为加法和乘法操作，提供了一种简化计算、提高效率的解决方案。
在各种应用中都有着广泛的应用前景。
以上是关于向量点积另类方法 - 极化恒等式的文档内容，希望对您有所帮助。
向量极化恒等式
2 EF
AF
2
21
，选
A。
16
4．（2017 年新课标Ⅱ）已知 ABC 是边长为 2 的等边三角形， P 为平面 ABC 内一点，则
PA PB PC 的最小值是
A． 2
B． 3 2
C． 4 3
D． 1
解：记 BC 中点为点 D ， AD 中点为点 E ，则
PA
PB PC
题型二：利用极化恒等式求解两向量不同起点，但可转化为两
同起点向量的数量积问题
例 2．（2016 年江苏）如图，在 ∆ABC 中， D 是边 BC 的中点， E, F 是 AD 上的两个三等
分点， BA CA 4, BF CF 1 ，则 BE CE
。
解：由极化恒等式：
BA
，其中 D 为 BC
4
中点，此时 AB AC 的值只依赖于 AD 的值，向量数量积的问题转化为两点间距离问题，
难度大大降低。
2、两向量不同起点时，考虑转化为同起点两向量数量积。如例 2 中求解 BE ⋅CE ，两
向量同终点不同起点，但经转化后 BE CE EB EC 同起点，亦可利用极化恒等式求解。
1 4
AB
，且对于边
AB
上
任一点 P ，恒有 PB PC P0B P0C 则（
）
A． ABC=90 B． BAC=90 C． AB AC D． AC BC
解：记
AB
中点为点
H
， BC
中点为点
M
，则
PB PC
2 PM
2 BM
，注意到
BM
2
为定
值，即 P 为 P0 时 PM 最小时，故 MP0 AB, CH AB CA CB ，选 D。
巧用极化恒等式,妙解高考向量题
想一想
在处理向量的问题中，一个强有力的工具，特别 在求向量数量积最值的时候，甚至是“秒杀”某些高 考向量题，那就是向量的极化恒等式。
M
4a b (a b) (a b)
2
2
极化恒等式的几何意义：
(a b) 2 (a b) 2 a b 4
设OA ＝a, OB b, D为AB的中点，即点 C的轨迹是 以D为起点，以
例4
数量积有关的范围问题
点 P 是棱长为 1 的正方体 ABCD -A 1B 1C1 D1 的底面 A1B 1C 1D1 1 ， 1 上的一点，则 PA PC 的取值范围为 2 .
A
. M B
.P
D1
在ABC中，点 E，F分别是线段 AB，AC的中点，点 P在直线 EF上， 若ABC的面积为 2，则 PC PB BC 的最小值是
2 2 1 取BC的中点 D，在 PBC内使用恒等式得： PC PB ＝PD －BD ＝ | PD | 2 | BC | 2 , 4 4 2 2 因为 ABC的高 h , PBC的高为 , 从而 | PD | , | BC | | BC | | BC | 3 4 3 2 从而原式 | PD | 2 | BC | 2 | BC | 2 3 2 4 4 | BC |
解二：建系： AB 所在直线为 x 轴， AB 中垂线为 y 轴，设 AB 4 ， C (a, b), P( x,0) 则 A(2,0), B(2,0), P0 (1,0)
(2 x)(a x) a 1恒成立，即 x 2 (a 2) x a 1 0 在 2 x 2 恒成立， a 2 0 ，即点 C 在 AB 的中垂线上， CA CB 。
极化恒等式-教师版
极化恒等式知识精讲：1.极化恒等式:a ⃗ ⋅b ⃗ =14[(a ⃗ +b ⃗ )2−(a ⃗ −b⃗ )2] 2.极化恒等式的几何意义是：设点M 是△ABC 边的中点，则AB⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ⋅AC ⃗⃗⃗⃗⃗ =|AM ⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗ |2−14|BC ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ |2=AM 2−BM 2，即：向量的数量积可转化为中线长与半底边长的平方差．1.已知A 为椭圆x 29+y 25=1上的动点，MN 为圆(x −1)2+y 2=1的一条直径，则AM ⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ⋅AN⃗⃗⃗⃗⃗⃗ 的最大值为________.备注：极化恒等式的典型应用BC2. （三星）（2017全国2理）已知ΔABC 是边长为2的等边三角形，P 为平面ABC 内一点，则PA ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ⋅(PB ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ +PC ⃗⃗⃗⃗⃗ )的最小值是（ ）A.−2B.−32 C. −43 D.−1 解：方法一：建系法连接OP ，OA⃗⃗⃗⃗⃗⃗ =(0,√3)，OB ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ =(−1,0)，OC ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ =(1,0). PC ⃗⃗⃗⃗⃗ +PB ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ =2PO ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ，∴PO ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ⋅PA ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ =(−x,−y )⋅(−x,√3−y) ∴PO ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ⋅PA ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ =x 2+y 2−√3y =x 2+(y −√32)2−34 ∴PO ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ⋅PA ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ≥−34，∴ PA ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ⋅(PC ⃗⃗⃗⃗⃗ +PB ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ )=2PO ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ⋅PA ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ≥−32 ∴最小值为−32方法二：均值法∵PC ⃗⃗⃗⃗⃗ +PB⃗⃗⃗⃗⃗⃗ =2PO ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ，∴ PA ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ⋅(PC ⃗⃗⃗⃗⃗ +PB ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ )=2PO ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ⋅PA ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ 由上图可知：OA ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ =PA ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ −PO ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ；两边平方可得3=(PA ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ )2+(PO ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ )2−2PA ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ⋅PO ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ∵ (PA ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ )2+(PO ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ )2≥−2PA ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ⋅PO ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ，∴ 2PO ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ⋅PA ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ≥−32∴ PA ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ⋅(PC ⃗⃗⃗⃗⃗ +PB ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ )=2PO ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ⋅PA ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ≥−32，∴最小值为−32 解法三：配凑法 ∵PC ⃗⃗⃗⃗⃗ +PB ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ =2PO ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ∴PA ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ⋅(PC ⃗⃗⃗⃗⃗ +PB ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ )=2PO ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ⋅PA ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ =(PO⃗⃗⃗⃗⃗⃗ +PA ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ )2−(PO ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ −PA ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ )22=(PO⃗⃗⃗⃗⃗⃗ +PA ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ )2−(AO ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ )22≥−32∴最小值为−323．在∆ABC 中，BC 边上的中线AD 的长为2，点P 是∆ABC 所在平面上的任意一点，则PA PB PA PC ⋅+⋅的最小值为 A ．1B ．2C ．-2D ．-1【详解】建立如图所示的平面直角坐标系，使得点D 在原点处，点A 在y 轴上，则A (0,2)．设点P 的坐标为x y (,)，则(,2),(,)PA x y PO x y =−−=−−， 故()22(2)PA PB PA PC PA PB PC PA PO x y y ⋅+⋅=⋅+=⋅=+−22=+−−≥−x y 2[(1)]2222，当且仅当==x y 0,1时等号成立．所以PA PB PA PC ⋅+⋅的最小值为−2．选C ．4. （武汉二中高二）已知圆M:x 2+(y −1)2=1, 圆N:x 2+(y +1)2=1, 直线l 1、l 2分别过圆心M ,且l 1与圆M 相交于A 、B , l 2与圆N 相交于C 、D , P 是椭圆x 23+y 24=1上的任意一动点, 则PA → ⋅PB → +PC → ⋅PD →的最小值为______________.6 备注：用到极化恒等式5．在平面四边形ABCD 中，===AB BC CD 22，∠ABC =60∘,∠ADC =90∘，若BE →=EF →=FG →=GC →，则2AE →∙DC →+AE →∙AF →=_____；若P 为边BC 上一动点，当PA →∙PC →取最小值时，则cos ∠PDC 的值为_____．解：∵平面四边形ABCD 中，===AB BC CD 22，∠ABC =60∘,∠ADC =90∘，∴△ABC 是边长为2的等边三角， 在Rt △ADC 中，AC =2,CD =1，所以∠ACD =60∘，又BE →=EF →=FG →=GC →， ∴E,F,G 是BC 边的四等分点．如图建立坐标系：则：A(0,√3),B (−1,0),C (1,0)， D (32,√32),E (−12,0),F (0,0),G (12,0)， 所以2AE →DC →+AE →AF →=2(−12,−√3)(−12,−√32)+(−12,−√3)(0,−√3)=132，再设P (x,0)，则−1≤x ≤1，∴PA →PC →=(−x,√3)(1−x,0)=x 2−x =(x −12)2−14，显然x =12时，PA →PC →最小，此时P (12，0)，∴cos ∠PDC =cos ⟨DP →，DC →⟩=(−1，−√3)⋅(−1，−√3)(−1)+(−√32)(−12)+(−√32)=5√714．故答案为：132，5√714．6．在△OAB 中，OA =OB =2，AB =2√3，动点P 位于直线OA 上，当PA ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ⋅PB ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ 取得最小值时，向量PA ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ 与PB ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ 的夹角余弦值为（ ）A ．−3√77B ．7C ．−√217D ．√213【详解】∵|AB ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ |2=(OB ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ −OA ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ )2=OA ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ 2+OB ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ 2−2OA ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ⋅OB ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ，即8−2OA ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ⋅OB ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ =12，∴OA ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ⋅OB ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ =−2， 设OP ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ =λOA ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ (0≤λ≤1)，PA ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ =(1−λ)OA ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ，PB ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ =OB ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ −OP ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ =OB ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ −λOA ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ， 所以，PA ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ⋅PB ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ =(1−λ)OA ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ⋅(OB ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ −λOA ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ )=(1−λ)OA ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ⋅OB ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ +λ(λ−1)OA⃗⃗⃗⃗⃗⃗ 2 =−2(1−λ)+4λ(λ−1)=4λ2−2λ−2=(2λ−12)2−94，当λ=14时，PA ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ⋅PB ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ 取得最小值−94，此时|PA ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ |=34|OA ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ |=32， |PB ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ |2=|OB ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ −14OA⃗⃗⃗⃗⃗⃗ |2=116OA ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ 2+OB ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ 2−12OA ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ⋅OB ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ =116×22+22−12×(−2)=214，所以，|PB ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ |=√212，则cos <PA⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ,PB ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ >=PA⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ⋅PB ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ |PA⃗⃗⃗⃗⃗⃗ |⋅|PB ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ |=−9432×√212=−√217. 故选：C.7. （三星）在锐角∆ABC 中已知B= 3，|AB ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ −AC ⃗⃗⃗⃗⃗ |=2,则AB ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ⋅AC ⃗⃗⃗⃗⃗ 的取值范围是__________.解：法一：极化恒等式；法二：以B 为原点，BA 所在直线为x 轴建立坐标系，因为设A（x ，0）因为△ABC 是锐角三角形，所以A+C=120°，∴30°＜A ＜90°，即A 在如图的线段DE 上（不与D ，E 重合），所以1＜x ＜4，则AB ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ AC ⃗⃗⃗⃗⃗ =x 2﹣x=（x ﹣12）2﹣14，所以AB ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ AC ⃗⃗⃗⃗⃗ 的范围为（0，12）．方法2∵∠B=π3， △ABC 是锐角三角形，所以A+C=120°，∴30°＜A ＜90°=a=2由正弦定理可得()−==A B a b csin 120sinA sin 0∴=b ,=−Ac A sin 2sin 1200)( ∴120cos cos AB AC c b A A ===+=+⎝⎭−AA Asin tan 32202)(∵∈tanA0,3)( ∴(0,12AB AC ∈)8.在△ABC 中，AC ＝2BC ＝4，∠ACB 为钝角，M ，N 是边AB 上的两个动点，且MN ＝1，若CM ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ⋅CN⃗⃗⃗⃗⃗⃗ 的最小值为34，则cos ∠ACB ＝ ． 【答案】1−3√58【解析】取MN 的中点P ，则由极化恒等式得CM ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ⋅CN⃗⃗⃗⃗⃗⃗ =|CP ⃗⃗⃗⃗⃗ |2−14|MN ⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗ |2=|CP ⃗⃗⃗⃗⃗ |2−14∵CM ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ⋅CN ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ 的最小值为34∴|CP ⃗⃗⃗⃗⃗ |min 由平几知识知：当CP ⊥AB 时，CP 最小. 如图，作CH ⊥AB ，H 为垂足，则CH=1 又AC ＝2BC ＝4，所以∠B ＝30o ，sinA=14 所以cos ∠ACB ＝cos （150o －A ）=1−3√58.9.如图所示，矩形ABCD 的边AB=4，AD=2，以点C 为圆心，CB 为半径的圆与CD 交于点E ，若点P 是圆弧EB ̂ (含端点B 、E)上的一点，则PA → ·PB → 的取值范围是 .H【解析】取AB 的中点设为O ，则， 当O 、P 、C 共线时， PO 取得最小值为PO =2√2−2；当P 与B （或E ）重合时，PO 取得最大值为PO=2， 所以的取值范围是.10.如图，是边长为P 是以C 为圆心，1为半径的圆上的任意一点，则AP⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ∙BP ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ 最小值是_____.－111.（三星）如图，在△ABC 中，D 是BC 的中点，E,F 是AD 上的两个三等分点，BA ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ⋅CA ⃗⃗⃗⃗⃗ =4,BF ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ⋅CF ⃗⃗⃗⃗⃗ =−1,则BE ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ⋅CE ⃗⃗⃗⃗⃗ 的值是________.备注：极化恒等式的典型应用2221=4PA PB PO AB PO ⋅−=−4PA PB ⋅−[8∆ABC CA BP12.若平面向量a ，b 满足|2a －b|≤3，则a·b 的最小值为________.【解析】根据极化恒等式得：8a ⋅b =(2a +b)2−(2a −b)2=(2a +b)2−9≥−9，故a ⋅b ≥−98，所以a ⋅b 的最小值为−98．13.已知平面向量a ，b ，e 满足|e|＝1，a·e ＝1，b·e ＝－2，|a ＋b|＝2，那么a·b 的最大值为________． 解： 由a·e ＝1，b·e ＝－2得: a·e －b·e ＝3，即（a －b ）·e ＝3，|a －b|cos θ＝3a·b=14[|a ＋b|2－|a －b|2]≤－5414.在中，已知，，则面积的最大值是 ．解：取BC 的中点为D ，则AB ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ •AC ⃗⃗⃗⃗⃗ =AD 2−BC24，所以AD =√2因为BC 边上的高线长不大于中线长，当中线就是高线时，面积最大，故．15.已知平面向量a ⃗ ,b ⃗ ,c ⃗ 满足|a ⃗ |=1，a ⃗ ⋅b ⃗ =12，a ⃗ ⋅c ⃗ =2，|2b ⃗ −c ⃗ |=2，那么b⃗ ⋅c ⃗ 的最小值为________． 【解析】由a ⃗ ⋅b ⃗ =12，a ⃗ ⋅c ⃗ =2得2a ⃗ ⋅b ⃗ +a ⃗ ⋅c ⃗ =3，即a ⃗ ⋅(2b ⃗ +c ⃗ )=3 又a ⃗ ⋅(2b ⃗ +c ⃗ )=|a ⃗ ||2b ⃗ +c ⃗ |cos θ（其中θ为向量a ⃗ 与2b ⃗ +c ⃗ 的夹角） 所以|2b⃗ +c ⃗ |=3cos θ所以b⃗ ⋅c ⃗ =18[(2b ⃗ +c ⃗ )2−(2b ⃗ −c ⃗ )2]=18(9cos 2θ−4)≥58.∆ABC =BC 21AB AC •=∆ABC ∆ABC16.已知锐角的外接圆的半径为1， ，则的取值范围为__________．17.已知正三角形ABC 内接于半径为2的圆O ，点P 是圆O 上的一个动点，则PA → ⋅PB →的取值范围是_____.[－2,6]18.在ΔABC 中，AB =3,AC =4,∠BAC =60°，若P 是ΔABC 所在平面内的一点，且AP =2，则PB → ⋅PC →的最大值为_____.10+2√3719.已知点P 是边长为2√3的正三角形ABC 内切圆上的一点，则PA → ⋅PB →的取值范围为_____.[−3,6]20.已知正方形ABCD 的边长为1，中心为O ，直线l 经过中心O ，交AB 于点M ，交CD 于点N ，P 为平面上一点，若2OP → ＝λOB → ＋(1－λ)OC → ，则PM → ·PN →的最小值为__________.−71621.设点P 为正三角形△ABC 的边BC 上的一个动点，当PA → ·PC →取得最小值时，sin ∠PAC 的值为________．√392622.在平面直角坐标系xOy 中，点A ，B 分别在x 轴，y 轴正半轴上移动，AB ＝2，若点P 满足PA → ·PB →＝2，则OP 的取值范围为________．[√3−1,√3+1]23.在△ABC 中，E ，F 分别是线段AB ，AC 的中点，点P 在直线EF 上，若△ABC 的面积为2，则PB → ·PC →＋BC →2的最小值是__________．4√3∆ABC ∠=πB 6BA BC⋅⎝ ⎛23,3。
巧用极化恒等式秒杀高考向量题
巧用极化恒等式秒杀高考向量题冷世平整理说明：由于前几天，大家经常提到极化恒等式，本人便收集整理了一些相关资料，相对较系统，且加入了群里大家讨论的部分题目，由于相当一部分内容非原创，所以只和大家分享一下自己整理的好东西而已，故不作投稿使用。
高中数学中存在着大量等量关系，如立方差(和)公式、二项展开式、两角和与差公式等.在高中数学中常能见到这些等量关系的身影，这也是高中教学重点关注的对象.但有些等量关系看似冷门，甚至课本上都不出现，但它在问题解决过程中却能起到立竿见影的效果，实现对问题的快速“秒杀”，极化恒等式就是可以“秒杀”高考向量题的一个有力工具。
1.极化恒等式极化恒等式最初出现于高等数学中的泛函分析，它表示数量积可以由它诱导出的范数来表示，把这个极化恒等式降维至二维平面即得：21()()4a b a b a b 2⎡⎤⋅=+--⎣⎦ ，有时也可将其写成。
224()(a b a b a b ⋅=+-- )注：21()()4a b a b a b ⎡⋅=+--⎣ 2⎤⎦表明向量的内积运算可以由向量线性运算的模导出(也是向量内积的另一种定义)，是沟通向量内积运算和线性运算的重要公式.若是实数，则恒等式,a b 21()()4a b a b a b ⎡⋅=+--⎣2⎤⎦也叫“广义平方差”公式； 极化恒等式的几何意义是:向量的数量积可以表示为以这组向量为邻边的平行四边形的“和对角线”与“差对角线”平方差的14，即222214a b AD BC AM BM ⎡⎤⋅=-=-⎣⎦ （如图）在三角形中，也可以用三角形的中线来表示，22214a b AM BM AM BC ⋅=-=-2，它揭示了三角形的中线与边长的关系。
此恒等式的精妙之处在于建立起了向量与几何长度(数量)之间的桥梁，实现了向量与几何、代数的巧妙结合。
2．极化恒等式的应用自向量引入高中数学以后，由于它独特的性质(代数与几何的桥梁)，在近几年全国各地的高考中迅速成为创新题命制的出发点，向量试题有着越来越综合，越来越灵活的趋势，在浙江省数学高考中尤为突出，也出现了一些非常精美的向量题。
高一数学微专题++妙用极化恒等式解决平面向量数量积问题(解析版)
妙用极化恒等式解决平面向量数量积问题【题型归纳目录】题型一：定值问题题型二：范围与最值问题题型三：求参问题以及其它问题【方法技巧与总结】(1)平行四边形平行四边形对角线的平方和等于四边的平方和：|a +b |2+|a -b |2=2(|a|2+|b |2)证明：不妨设AB =a ,AD =b ，则AC =a +b ，DB =a -bAC 2=AC 2=a +b 2=a 2+2a ⋅b +b 2①DB 2=DB 2=a -b 2=a 2-2a ⋅b +b 2 ②①②两式相加得：AC 2+DB 2=2a 2+b 2 =2AB 2+AD 2 (2)极化恒等式：上面两式相减，得：14a +b 2-a -b 2 ----极化恒等式①平行四边形模式：a ⋅b =14AC 2-DB 2几何意义：向量的数量积可以表示为以这组向量为邻边的平行四边形的“和对角线”与“差对角线”平方差的14.②三角形模式：a ⋅b =AM 2-14DB 2(M 为BD 的中点)【典型例题】题型一：定值问题1(2024·全国·高三专题练习)如图，在△ABC 中，D 是BC 的中点，E 、F 是AD 上的两个三等分点，BA ·CA =4，BF ·CF =-1，则BE ·CE 的值是()A.4B.8C.78D.34【答案】C【解析】因为D 是BC 的中点，E ，F 是AD 上的两个三等分点，所以BF =BD +DF ，CF =CD +DF =-BD +DF ，BA =BD +DA =BD +3DF ，CA =CD +DA =-BD +3DF ，所以BF ⋅CF =BD +DF ⋅-BD +DF =DF 2-BD2=-1，BA ·CA =BD +3DF ⋅-BD +3DF =9DF 2-BD2=4，可得DF 2=58，BD 2=138，又因为BE =BD +DE =BD +2DF ，CE =CD +DE =-BD +2DF所以BE ·CE =BD +2DF ⋅-BD +2DF =4DF 2-BD 2=4×58-138=78，故选：C ．2(2024·贵州毕节·统考三模)如图，在△ABC 中，D 是BC 边的中点，E ，F 是线段AD 的两个三等分点，若BA ⋅CA =7，BE ⋅CE =2，则BF ⋅CF =()A.-2B.-1C.1D.2【答案】B【解析】依题意，D 是BC 边的中点，E ，F 是线段AD 的两个三等分点，则BA ⋅CA =12BC -AD ⋅-12BC-AD =4AD 2-BC 24=36FD 2-BC24=7，BE ⋅CE =12BC -23AD ⋅-12BC -23AD =49AD 2-14BC 2=16FD 2-BC 24=2，因此FD 2=1,BC 2=8，BF ⋅CF =12BC -FD ⋅-12BC -FD =4FD 2-BC24=4×1-84=-1.故选：B .3(2024·湖南长沙·长郡中学校考一模)如图，在平行四边形ABCD 中，AB =1,AD =2，点E ,F ,G ,H 分别是AB ,BC ,CD ,AD 边上的中点，则EF ⋅FG +GH ⋅HE=A.32B.-32C.34D.-34【答案】A【解析】取HF 中点O ，则EF ⋅FG =EF ⋅EH =EO 2-OH 2=1-122=34, GH⋅HE =GH ⋅GF =GO 2-OH 2=1-12 2=34，因此EF ⋅FG +GH ⋅HE =32，选A .题型二：范围与最值问题1(2024·山东潍坊·高三统考期末)已知正方形ABCD 的边长为2，MN 是它的内切圆的一条弦，点P 为正方形四条边上的动点，当弦MN 的长度最大时，PM ⋅PN的取值范围是()A.[0，1] B.0,2C.[1，2]D.-1,1【答案】A【解析】如下图所示：考虑P 是线段AB 上的任意一点，PM =PO +OM ，PN =PO +ON =PO -OM ，圆O 的半径长为1，由于P 是线段AB 上的任意一点，则PO∈1,2 ，所以，PM ⋅PN =PO +OM ⋅PO -OM =PO 2-OM 2∈0,1 .故选：A .2(2024·陕西榆林·统考三模)四边形ABCD 为菱形，∠BAC =30°，AB =6，P 是菱形ABCD 所在平面的任意一点，则PA ⋅PC的最小值为()A.-30 B.-27C.-15D.-9【答案】B【解析】由题意，四边形ABCD 为菱形，∠BAC =30°，可得∠DAC =60°，在△ABC 中，由余弦定理得到AC =63，连接AC 和BD 交于点O ，则点O 为AC 的中点，连接OA ，OC ，OP ，则PA =PO +OA ，PC =PO +OC =PO -OA，所以PA ⋅PC =PO +OA ⋅PO -OA =PO 2-OA 2=PO2-27≥-27．故选：B .3(2024·重庆沙坪坝·重庆八中校考模拟预测)△ABC 中，AB =3，BC =4，AC =5，PQ 为△ABC 内切圆的一条直径，M 为△ABC 边上的动点，则MP ⋅MQ的取值范围为()A.0,4 B.1,4C.0,9D.1,9【答案】C【解析】由题可知，AB 2+BC 2=AC 2，所以△ABC 是直角三角形，∠B =90°，设内切圆半径为r ，则S △ABC =12×3×4=12×3+4+5 r ，解得r =1，设内切圆圆心为O ，因为PQ 是△ABC 内切圆的一条直径，所以OP =1，OQ =-OP ，则MP =MO +OP ，MQ =MO +OQ =MO -OP ，所以MP ⋅MQ =MO +OP MO -OP =MO 2-OP 2=MO2-1，因为M 为△ABC 边上的动点，所以MO min =r =1；当M 与C 重合时，MOmax =10，所以MP ⋅MQ的取值范围是0,9 ，故选：C题型三：求参问题以及其它问题1(2024·浙江杭州·高一校联考期中)设△ABC ，P 0是边AB 上一定点，满足P 0B =14AB ，且对于边AB 上任一点P ，恒有PB ⋅PC ≥P 0B ⋅P 0C.则()A.∠ABC =90°B.∠BAC =90°C.AB =ACD.AC =BC【答案】D【解析】如图，取BC 的中点D ，由极化恒等式可得：PB ⋅PC =PD 2-BD 2 ，同理，P 0B ⋅P 0C =P 0D 2 -BD 2，由于PB ⋅PC ≥P 0B ⋅P 0C ，则PD ≥P 0D ，所以P 0D ⊥AB ，因为P 0B =14AB ，D 是BC 的中点，于是AC =BC .故选：D .2(2024·辽宁·高一东港市第二中学校联考期中)在△ABC 中，AC =2BC =6，∠ACB 为钝角，M ，N 是边AB 上的两个动点，且MN =2，若CM ⋅CN的最小值为3，则cos ∠ACB =．【答案】2-2109【解析】取线段MN 的中点P ，连接CP ，过C 作CO ⊥AB 于O ，如图，PM =12MN =1，依题意，CM ⋅CN =CP +PM ⋅CP -PM =CP 2-PM 2=CP 2-1，因CM ⋅CN 的最小值为3，则CP 的最小值为2，因此CO =2，在Rt △AOC 中，cos ∠OCA =CO CA=13，sin ∠OCA =223，在Rt △BOC 中，cos ∠OCB =CO CB =23，sin ∠OCB =53，所以cos ∠ACB =cos (∠OCA +∠OCB )=cos ∠OCA cos ∠OCB -sin ∠OCA sin ∠OCB =2-2109.故答案为：2-21093(2024·江苏南京·南京师大附中校考模拟预测)在△ABC 中，AC =2BC =4，∠ACB 为钝角，M ,N 是边AB 上的两个动点，且MN =1，若CM ⋅CN 的最小值为34，则cos ∠ACB =．【答案】1-358【解析】取MN 的中点P ，取PN =-PM ，PN =PM =12，CM ⋅CN =CP +PM ⋅CP +PN =CP +PM ⋅CP -PM =CP 2-14，因为CM ⋅CN 的最小值34，所以CP min =1．作CH ⊥AB ，垂足为H ，如图，则CH =1，又BC =2，所以∠B =30°，因为AC =4，所以由正弦定理得：sin A =14，cos A =154，所以cos ∠ACB =cos 150°-A =-32cos A +12sin A =-32×154+12×14=1-358．故答案为：1-358.【过关测试】一、单选题1(2024·河北衡水·高三河北衡水中学校考阶段练习)在△ABC 中，A =90°，AB =4，AC =43，P ，Q 是平面上的动点，AP =AQ =PQ =2，M 是边BC 上的一点，则MP ⋅MQ的最小值为()A.1 B.2C.3D.4【答案】B【解析】取PQ 的中点N ，则MP =MN +NP ,MQ =MN +NQ =MN -NP ，可得MP ⋅MQ =MN +NP ⋅MN -NP =MN 2-NP 2=MN2-1，∵MN =MA +AN ≥MA -AN ，当且仅当N 在线段AM 上时，等号成立，故MN ≥MA -AN =MA-3 ，显然当AM ⊥BC 时，MA取到最小值23，∴MN ≥MA-3 ≥23-3 =3，故MP ⋅MQ =MN2-1≥3-1=2.故选：B .2(2024·湖北武汉·高三武钢三中校考阶段练习)已知点P 在棱长为2的正方体表面上运动，AB 是该正方体外接球的一条直径，则PA ⋅PB的最小值为()A.-2 B.-8C.-1D.0【答案】A【解析】如图AB 为棱长为2的正方体外接球的一条直径，O 为球心，P 为正方体表面上的任一点，则球心O 也就是正方体的中心，所以正方体的中心O 到正方体表面任一点P 的距离的最小值为正方体的内切球的半径，它等于棱长的一半，即长度为1，AB 的长为正方体的对角线长，为23，我们将三角形PAB 单独抽取出来如下图所示：PA ⋅PB =(PO +OA )⋅(PO +OB )=(PO +OA )⋅(PO -OA )=PO |2- OA |2=|PO |2-232 2=|PO |2-3，所以PA ⋅PB 的最小值为12-3=-2.故选：A .3(2024·湖北武汉·高三华中师大一附中校考期中)已知点P 在棱长为4的正方体表面上运动，AB 是该正方体外接球的一条直径，则PA ⋅PB的最小值为( )．A.-8 B.-4C.-1D.0【答案】A【解析】由题意知：正方体的外接球的球心为O ，正方体的外接球的直径AB =42+42+42=43，则O 为AB 的中点，所以OA =-OB，且|OA |=|OB|=23，故PA ⋅PB =(OA -OP )⋅(OB -OP )=OA ⋅OB -(OA +OB )⋅OP +OP 2=-OA 2+OP 2=OP2-12，当OP 与正方体的棱长平行时，此时OP 最小，故OP≥2，所以PA ⋅PB的最小值4-12=-8．故选：A4(2024·贵州贵阳·统考一模)如图，在△ABC 中，AB =6,AC =3,∠BAC =π2,BD=2DC ，则AB ⋅AD=()A.9B.18C.6D.12【答案】D【解析】由BD =2DC 可得：DC =13BC ，所以AC -AD =13BC =13AC -AB ，所以AD =13AB +23AC ，AB ⋅AD =AB ⋅13AB +23AC =13AB 2+23AB ⋅AC ，因为AB =6,AC =3,∠BAC =π2，所以AB ⋅AD =13AB 2+23AB ⋅AC =13×36=12.故选：D .5(2024·贵州贵阳·统考模拟预测)如图，在△ABC 中，AB =6,AC =3,∠BAC =2π3,BD=2DC ，则AB ⋅AD =()A.18B.9C.12D.6【答案】D【解析】∵BD =2DC =2(BC -BD )，即BD =23BC ，∴AD =AB +BD =AB +23BC =AB +23AC -AB =13AB+23AC ，∴AB ⋅AD =AB ⋅13AB +23AC =13AB 2+23AB ⋅AC =13×62+23×6×3×cos 2π3=6.故选：D6(2024·新疆乌鲁木齐·高三兵团二中校考阶段练习)八角星纹是大汶口文化中期彩陶纹样中具有鲜明特色的花纹．八角星纹常绘于彩陶盆和豆的上腹，先于器外的上腹施一圈红色底衬，然后在上面绘并列的八角星形的单独纹样．八角星纹以白彩的成，黑线勾边，中为方形或圆形，且有向四面八方扩张的感觉．八角星纹延续的时间较长，传播范围亦广，在长江以南的时间稍晚的崧泽文化的陶豆座上也屡见刻有八角大汶口文化八角星纹．图2是图1抽象出来的图形，在图2中，圆中各个三角形(如△ACD )为等腰直角三角形，点O 为圆心，中间部分是正方形且边长为2，定点A ，B 所在位置如图所示，则AB ⋅AO的值为()A.14B.12C.10D.8【答案】A【解析】如图：连接OD因为中间是边长为2的正方形，且图中的各个三角形均为等腰直角三角形，所以∠ADO =∠ODB =45°，OD =2，AD=4，∠ADB =90°.所以AB ·AO =AD +DB ·AD +DO =AD 2+AD ·DO +DB ·AD +DB ·DO=42+4×2×cos 3π4+0+2×2cos π4=14.故选：A7(2024·辽宁葫芦岛·高三葫芦岛第一高级中学校考期末)如图，在四边形ABCD 中，AC =4，BA⋅BC =12，E 为AC 中点.BE =2ED ，求DA ⋅DC 的值()A.0B.12C.2D.6【答案】A【解析】∵AC =4，E 为AC 中点，∴AE =CE =2，∵BA ⋅BC =BE +EA ⋅BE +EC =BE +EA ⋅BE -EA =BE 2-EA 2=BE2-4=12，∴BE =4，∴DE =12BE =2，∴DA ⋅DC =DE +EA ⋅DE +EC =DE +EA ⋅DE -EA =DE 2-EA2=4-4=0.故选：A .8(2023·贵州·校联考二模)如图，在平面四边形ABCD 中，AC=4，BA ⋅BC=12，E 为AC 的中点，BE =λED ，DA ⋅DC =-209，则λ的值为()A.2B.3C.43D.32【答案】B【解析】∵AC=4，E 为AC 的中点，∴|AE |=|CE|=2，∵BA ⋅BC =(BE +EA )⋅(BE +EC )=(BE +EA )⋅(BE -EA )=BE 2-EA 2=BE2-4=12，∴|BE|=4，∵BE =λED ,∴|DE |=1λ|BE |=4λ，∴DA ⋅DC =(DE +EA )⋅(DE +EC )=(DE +EA )⋅(DE -EA )=|DE |2-|EA |2=16λ2-4=-209，解得：λ=3.故选：B .9(2024·浙江·永嘉中学校联考模拟预测)已知△ABC 是边长为1的正三角形，BD =2DC ，AB +AC=2AE ，则AE ⋅AD =()A.34B.32C.38D.1【答案】A【解析】由AB +AC =2AE ，可知E 为BC 中点，所以AE ⊥BC ，如图所示：因为BD =2DC ，根据上图可知AD =AE +ED =AE +16BCAE ⋅AD =AE ⋅AE +16BC =AE 2=34故选：A10(2024·四川绵阳·统考二模)如图，在边长为2的等边△ABC 中，点E 为中线BD 的三等分点(靠近点B )，点F 为BC 的中点，则FE ⋅EC=()A.-34B.-56C.34D.12【答案】B【解析】由已知，BA =2，BC =2，∠ABC =60°，所以BA ⋅BC =BA ⋅BC cos ∠ABC =2×2×12=2.由已知D 是AC 的中点，所以BD =12BA +BC，BE =13BD =16BA +BC ，BF =12BC .所以FE =BE -BF =16BA +BC -12BC=16BA -13BC ，EC =BC -BE =BC -16BA +BC =-16BA +56BC ，所以，FE ⋅EC =16BA -13BC ⋅-16BA +56BC =-136BA 2+736BA ⋅BC -518BC 2=-136×4+736×2-518×4=-56.故选：B .11(2024·江西南昌·高一南昌二中校考开学考试)已知A ，B 是单位圆上的两点，O 为圆心，且∠AOB =120°，MN 是圆O 的一条直径，点C 在线段AB 上(不包含两个端点)，则CM ⋅CN的取值范围是()A.-12,1B.-1,1C.-34,0D.-1,0【答案】C【解析】∵∠AOB =120°，∴点C 在线段AB 上，且OC ∈12,1，∴CM ⋅CN =OM -OC ⋅ON -OC =OM ⋅ON -OM +ON ⋅OC +OC 2=-1+OC 2=-1+OC2，∵OC ∈12,1 ，∴CM ⋅CN ∈-34,0 .故选：C .二、填空题12(2024·黑龙江大庆·高一大庆一中校考期末)如图，在△ABC 中，D 是BC 的中点，E ，F 是AD 上的两个三等分点BA ⋅CA =5，BF ⋅CF =-2，则BE ⋅CE的值是.【答案】58【解析】因为BA ⋅CA =12BC -AD ⋅-12BC -AD =4AD 2-BC 24=36FD 2-BC 24=5，BF ⋅CF =12BC -13AD ⋅-12BC-13AD =4FD 2-BC24=-2，因此FD 2=78,BC 2=232，BE ⋅CE =12BC -ED ⋅-12BC -ED =4ED 2-BC 24=16FD 2-BC 24=58.故答案为：58.13(2024·上海长宁·高二上海市延安中学校考期中)如图,在△ABC 中,D 是BC 的中点,E 、F 是AD 上两个三等分点,BA ⋅CA =15，BE ⋅CE =5，则BF ⋅CF=.【答案】-1【解析】∵D 是BC 的中点，E ，F 是AD 上的两个三等分点，∴BE =BD +DE =BD +2DF ,CE =-BD +2DF ，BA =BD +3DF ,CA =-BD +3DF ，∴BE ⋅CE =4DF 2-BD2=5，BA ⋅CA =9DF 2-BD 2=15，∴DF 2=2,BD2=3，又∵BF =BD +DF ,CF =-BD +DF ，∴BF ⋅CF =DF 2-BD 2=-1，故答案为：-1．14(2024·江苏盐城·统考一模)如图，在△ABC 中，D 是BC 的中点，E ，F 是AD 上的两个三等分点．BE ⋅CE =2，BC =2，则BF ⋅CF =．【答案】-14/-0.25【解析】因为BE ⋅CE =BD +DE ⋅CD +DE =BD +DE ⋅-BD +DE=DE 2-BD2=2，又D 是BC 的中点，且BC =2，所以BD =1，代入上式得DE 2=3，所以DE=3，因为E ，F 是AD 上的两个三等分点，所以DF =32，则BF ⋅CF =BD +DF ⋅CD +DF =BD +DF ⋅-BD +DF =DF 2-BD 2=34-1=-14，故答案为：-14.15(2024·山东·山东师范大学附中校考模拟预测)边长为1的正方形内有一内切圆，MN 是内切圆的一条弦，点P 为正方形四条边上的动点，当弦MN 的长度最大时，PM ⋅PN的取值范围是.【答案】0,14【解析】如下图所示：设正方形ABCD 的内切圆为圆O ，当弦MN 的长度最大时，MN 为圆O 的一条直径，PM ⋅PN =PO +OM ⋅PO -OM =PO 2-OM 2=PO 2-14，当P 为正方形ABCD 的某边的中点时，OP min =12，当P 与正方形ABCD 的顶点重合时，OP max =22，即12≤OP ≤22，因此，PM ⋅PN =PO 2-14∈0,14.故答案为：0,14.16(2024·湖北省直辖县级单位·湖北省仙桃中学校考模拟预测)如图直角梯形ABCD 中，EF 是CD 边上长为6的可移动的线段，AD =4，AB =83，BC =12，则BE ⋅BF的取值范围为.【答案】99,148【解析】在BC 上取一点G ，使得BG =4，取EF 的中点P ，连接DG ，BP ，如图所示：则DG =83，GC =8，CD =82+83 2=16，tan ∠BCD =838=3，即∠BCD =60°.BE ⋅BF =14BE +BF 2-BE -BF 2 =142BP 2-FE 2 =BP 2-9，当BP ⊥CD 时，BP 取得最小值，此时BP=12×sin60°=63，所以BE ⋅BFmin =63 2-9=99.当F 与D 重合时，CP =13，BC =12，则BP 2=122+132-2×12×13×12=157，当E 与C 重合时，CP =3，BC =12，则BP 2=122+32-2×12×3×12=117，所以BE ⋅BF max =157-9=148，即BE ⋅BF 的取值范围为99,148 .故答案为：99,14817(2024·全国·高三专题练习)如图直角梯形ABCD 中，EF 是CD 边上长为6的可移动的线段，AD =4，AB =83，BC =12，则BE ⋅BF的最小值为，最大值为.【答案】99148【解析】在BC 上取一点G ，使得BG =4，取EF 的中点P ，连接DG ,BP ，如图所示：则DG =83,GC =8，CD =82+83 2=16，tan ∠BCD =838=3，即∠BCD =60°，BE ⋅BF =14BE +BF 2-BE -BF 2 =142BP 2-FE 2 =BP 2-9，当BP ⊥CD 时，BP 取得最小值，此时BP =12×sin60°=63，所以BE ⋅BF min =63 2-9=99.当F 与D 重合时，CP =13，BC =12，则BP 2=122+132-2×12×13×12=157，当E 与C 重合时，CP =3，BC =12，则BP 2=122+32-2×12×3×12=117，所以BE ⋅BFmax =157-9=148，故答案为：99；148.18(2024·浙江杭州·高二校联考期中)在△ABC 中，AB =4,BC =5,AC =6，点M 为△ABC 三边上的动点，PQ 是△ABC 外接圆的直径，则MP ⋅MQ的取值范围是【答案】-9,0【解析】根据向量关系可得MP ⋅MQ =MO 2-R 2，即判断MO 2-R 2的取值范围即可，由图可知MO 的最大值为R ，最小值为R 2-9.设外接圆的圆心为O ，半径为R ，可得MP ⋅MQ =MO +OP ⋅MO +OQ =MO 2+MO ⋅OP +OQ +OP ⋅OQ =MO2-R 2，∵M 为△ABC 三边上的动点，可知MO的最大值为O 到三角形顶点的距离，即为半径R ，且MO的最小值为O 到AC 边的距离，过O 作OM 0⊥AC ，垂足为M 0，则OM 0 =R 2-32=R 2-9，∴MP ⋅MQ的最大值为R 2-R 2=0，最小值为OM 0 2-R 2==R 2-9-R 2=-9，故MP ⋅MQ的取值范围是-9,0 .故答案为：-9,0 .19(2024·重庆沙坪坝·高三重庆八中校考阶段练习)已知正△ABC 的边长为2，PQ 为△ABC 内切圆O 的一条直径，M 为△ABC 边上的动点，则MP ⋅MQ的取值范围为.【答案】0,1【解析】先由正△ABC 的性质，求出其内切圆半径，再利用向量的三角形法则，得到MP =MO +OP ，MQ =MO +OQ ，再结合OQ =-OP ，可得到MP ⋅MQ =MO 2-OP 2=MO 2-13，再根据图像利用临界值法，求出MP ⋅MQ的取值范围.如图所示，O 为正△ABC 内切圆圆心，OD 为内切圆半径，在△BDO 中，BD =1，∠OBD =30°，可求得内切圆半径OD =33.又PQ 为圆O 的直径, ∴OQ =-OP，利用向量的线性表示可得，MP =MO +OP ，MQ =MO +OQ =MO -OP，∴MP ⋅MQ =(MO +OP )(MO -OP )=MO 2-OP 2=MO 2-13，又M 为△ABC 边上的动点，由图可知，当M 为△ABC 边的中点时，MO 最小为33，即MP ⋅MQ min =0；当M 为△ABC 的顶点时，MO 最大为233，即MP ⋅MQ max =1.∴MP ⋅MQ的取值范围为0,1 .故答案为：0,1 .20(2024·全国·高一假期作业)设三角形ABC ，P 0是边AB 上的一定点，满足P 0B =14AB ，且对于边AB 上任一点P ，恒有PB ⋅PC ≥P 0B ⋅P 0C，则三角形ABC 形状为.【答案】C 为顶角的等腰三角形【解析】取BC 的中点D ，连接PD ，P 0D ，如图所示：PB ⋅PC =PD +12BC ⋅PD -12BC =PD 2-14BC 2，同理P 0B ⋅P 0C =P 0D 2-14BC 2，∵PB ⋅PC≥P 0B ⋅P 0C ，∴PD 2-14BC 2≥P 0D 2-14BC 2∴PD ≥P 0D∴P 0D ⊥AB ，设O 为AB 的中点，∴P 0B =12OB ⇒P 0D ⎳OC ⇒OC ⊥AB ,∴AC =BC 即三角形ABC 为以C 为顶角的等腰三角形.故答案为：C 为顶角的等腰三角形．21(2024·江苏常州·常州高级中学校考模拟预测)设直角△ABC ，P 0是斜边AB 上一定点．满足P 0B =16AB =1，则对于边AB 上任一点P ，恒有PB ⋅PC ≥P 0B ⋅P 0C ，则斜边AB 上的高是．【答案】22【解析】取BC 中点D ，则PB ⋅PC =PD +DB PD +DC =PD 2+PD ⋅DC +DB +DC ⋅DB =PD 2-DB 2，同理P 0B ⋅P 0C =P 0D 2-DB 2，又PB ⋅PC ≥P 0B ⋅P 0C ，故PD 2≥P 0D 2，即PD ≥P 0D 恒成立，所以DP 0⊥AB .作CE ⊥AB ，则P 0为EB 中点，故EB =2P 0B =2，所以AE =4.又因为直角△ABC ，故CE 2=AE ⋅EB =8，所以CE =22，即斜边AB 上的高是22故答案为：2222(2024·河北保定·高一校联考期中)已知点P 在棱长为1的正方体表面上运动，AB 是该正方体外接球的一条直径，则PA ⋅PB的最小值为．【答案】-12/-0.5【解析】由题意，正方体外接球的直径AB =3，设点O 为正方体外接球的球心，则O 为AB 的中点，所以OA =-OB 且OA = OB =32，则PA ⋅PB =OA -OP ⋅OB -OP =OA ⋅OB -OA +OB ⋅OP +OP 2=OP 2-322由OP ≥12，所以PA ⋅PB 的最小值为12 2-32 2=-12．故答案为：-1223(2024·天津和平·统考二模)在平行四边形ABCD 中，∠BAD =π3，边AB ,AD 的长分别为2与1，则AD +AB 在AB 上的投影向量为(用AB 表示)；若点M ,N 分别是边BC ,CD 上的点，且满足BM BC =CNCD，则AM ⋅AN 的取值范围是.【答案】 54AB2,5【解析】在平行四边形ABCD 中，∠BAD =π3，边AB ,AD 的长分别为2与1，建立如图所示的直角坐标系，则B 2,0 ，A 0,0 ，D 12,32，C 52,32 ，AB =(2,0)，AC =52,32 ，AD =12,32 ，所以AD +AB =AC =52,32，所以(AD +AB )⋅AB =52×2+32×0=5，AB =2，所以AD +AB 在AB 上的投影向量为AD +AB ⋅AB AB ⋅ABAB=54AB ；设BM BC =CNCD=λ，λ∈0,1 ，则BM =λBC ，CN =λCD ，所以M 2+λ2,3λ2 ,N 52-2λ,32 ，所以AM ⋅AN =2+λ2,3λ2 ⋅52-2λ,32 =-λ2-2λ+5，因为λ∈0,1 ，函数y =-λ2-2λ+5的对称轴为λ=-1，所以y =-λ2-2λ+5在0,1 上单调递减，所以λ∈0,1 时，y =-λ2-2λ+5∈2,5 ，即AM ⋅AN 的取值范围是2,5 .故答案为：54AB；2,524(2024·天津南开·高三校考阶段练习)如图在△ABC 中，∠ABC =90°，BC =8，AB =12，F 为AB 中点，E 为CF 上一点.若CE =3，则EA ⋅EB =；若CE =λCF 0≤λ≤1 ，则EA ⋅EB的最小值为.【答案】 13-36【解析】因为∠ABC =90°，BF =12AB =6，BC =8，则CF =BC 2+BF 2=10，当CE =3时，EF =7，此时EA ⋅EB =EF +FA ⋅EF +FB =EF -FB ⋅EF +FB =EF 2-FB2=72-62=13；EF =CF -CE =1-λ CF ，则EA ⋅EB =EF 2-FB 2=1-λ 2CF2-36≥-36，当且仅当λ=1时，等号成立，故EA ⋅EB的最小值为-36.故答案为：13；-36.。
极化恒等式公式高中
极化恒等式公式高中在高中数学的学习中，有一个不太起眼但却十分实用的工具，那就是极化恒等式公式。
极化恒等式，对于很多同学来说，刚接触时可能会觉得有点陌生和头疼。
但别怕，咱们一起来好好琢磨琢磨它。
先来说说极化恒等式的表达式：对于向量\(\vec{a}\)和\(\vec{b}\)，有\(\vec{a}\cdot\vec{b} = \frac{1}{4}\left(|\vec{a} + \vec{b}|^2 - |\vec{a}- \vec{b}|^2\right)\)。
这个公式看起来是不是有点复杂？其实呀，它就是在告诉我们向量内积和向量模长之间的一种巧妙关系。
我记得有一次在课堂上，我给同学们讲解极化恒等式。
当时有个同学一脸困惑地问我：“老师，这个公式到底有啥用啊？感觉好抽象。
”我笑了笑，拿起粉笔在黑板上画了一个简单的几何图形。
我说：“同学们，咱们假设这里有一个平行四边形 ABCD，AC 和BD 是它的两条对角线，\(\vec{AB} = \vec{a}\)，\(\vec{AD} = \vec{b}\) 。
那 AC 的长度平方加上 BD 的长度平方等于多少呢？” 同学们都开始思考起来。
我接着引导他们：“我们可以利用极化恒等式来解决这个问题。
AC的长度平方就是\(|\vec{a} + \vec{b}|^2\)，BD 的长度平方就是\(|\vec{a}- \vec{b}|^2\) 。
所以，AC 的长度平方加上 BD 的长度平方，就等于 2（\(|\vec{a}|^2 + |\vec{b}|^2\)）。
”这时候，同学们的眼睛里开始有了亮光，似乎明白了一些。
再举个例子，假如我们要求一个三角形 ABC 中，边 BC 上中线 AD 的长度。
如果知道了\(\vec{AB}\)和\(\vec{AC}\) ，那我们就可以利用极化恒等式轻松搞定。
极化恒等式在解决一些与向量相关的最值问题、几何问题时，往往能发挥出意想不到的效果。
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课题：极化恒等式在向量问题中的应用
学 习 目 标 目标1：通过自主学习掌握极化恒等式两种模式，理解其几何意义； 目标2-1：通过对例1的自主学习掌握用极化恒等式求数量积的值；
目标2-2：通过对例2的自主学习掌握用极化恒等式求数量积的最值、范围； 目标2-3：通过小组合作学习掌握极化恒等式解决与数量积有关的综合问题。
重点 掌握极化恒等式，利用它解决一类与数量积有关的向量问题 难点
根据具体的问题情境，灵活运用极化恒等式
目标达成途径
学习自我评价
阅读以下材料：
.
两倍等于两条邻边平方和的平方和平行四边形的对角线的你能用向量方法证明：何模型。
示向量加法和减法的几引例：平行四边形是表,,b AD a AB ==证明：不妨设
，，则b a DB b a A -=+=C
()
2
22
2
2
2C C b b a a b a A A +⋅+=+== （1） ()
2
22
2
2
2b b a a b a DB
DB +⋅-=-== （2）
（1）（2）两式相加得：⎪⎭
⎫ ⎝⎛+=⎪⎭⎫ ⎝⎛+=+22222
2
22C AD AB b a DB A 结论：平行四边形对角线的平方和等于两条邻边平方和的两倍.
思考1：如果将上面（1）（2）两式相减，能得到什么结论呢？ b a ⋅＝
()()
⎥⎦⎤⎢
⎣⎡
--+2241b a b a ————极化恒等式
对于上述恒等式，用向量运算显然容易证明。
那么基于上面的引例，你觉得
极化恒等式的几何意义是什么？
几何意义：向量的数量积可以表示为以这组向量为邻边的平行四边形的“和对角线”与“差对角线”平方差的
4
1.
目标1：阅读材料，了解极化恒等式的由来过程，掌握极化恒等式 的两种模式，并理解其几何意义
M
图1
即：[]
2
24
1DB AC b a -=⋅（平行四边形模式）
思考：在图1的三角形ABD 中（M 为BD 的中点），此恒等式如何表示呢？ 因为AM AC 2=，所以2
2
4
1DB AM b a -
=⋅（三角形模式）
例1.(2012年浙江文15)在ABC ∆中，M 是BC 的中点，3,10AM BC ==，则
AB AC ⋅=____ .
解：因为M 是BC 的中点，由极化恒等式得：
2
2
41BC AM AC AB -
=⋅=9-1004
1⨯= -16 【小结】在运用极化恒等式的三角形模式时，关键在于取第三边的中点，找到三
角形的中线，再写出极化恒等式。
目标检测
.
______1)132012(的值为边上的动点，则是点，的边长为已知正方形改编北京文DA DE AB E ABCD ⋅
.
________O O 2.2的取值范围是则上的一个动点，
是圆，点的圆内接于半径为（自编）已知正三角形例PB PA P ABC ⋅解：取AB 的中点D ，连结CD ,因为三角形ABC 为
正三角形，所以O 为三角形ABC 的重心，O 在CD 上， 且22==OD OC ，所以3=CD ，32=AB （也可用正弦定理求AB ） 又由极化恒等式得：
34
12
22
-=-
=⋅PD AB PD PB PA 因为P 在圆O 上，所以当P 在点C 处时，3||max =PD 当P 在CO 的延长线与圆O 的交点处时，1||min =PD 所以]6,2[-∈⋅PB PA
【小结】涉及数量积的范围或最值时，可以利用极化恒等式将多变量转变为单变量，再用数形结合等方法求出单变量的范围、最值即可。
目标2-1：掌握用极化恒等式求数量积的值
A
B
C
M
目标2-2：掌握用极化恒等式求数量积的最值、范围
目标检测
8
.6.3.2.)
(134)112010(2
2D C B A FP OP P
y x F O 的最大值为则为椭圆上的任意一点，的中心和左焦点，点分别为椭圆和点若点福建文⋅=+
问题、疑惑、错解汇集
能力提升
例3.（2013浙江理7）在ABC ∆中,0P 是边AB 上一定点，满足01
4
P B AB =，且对于边AB 上任一点P ，恒有00PB PC P B PC ⋅≥⋅。
则( ) A. 90ABC ∠= B. 90BAC ∠= C. AB AC = D. AC BC =
目标检测
2
2.
2.2.1.)(,0)()(2,)92008(D C B A c c b c a c b a 的最大值是则满足，若向量个互相垂直的单位向量是平面内已知浙江理=-⋅-
问题、疑惑汇集
目标2-3：会用极化恒等式解决与数量积有关的综合问题
∆中，AB ．在ABC
.
7. 正ABC ∆边长等于3，点P 在其外接圆上运动，则PB AP ⋅的取值范围是（ ） A. ⎥⎦⎤
⎢⎣⎡-
23,23 B. ⎥⎦⎤
⎢⎣⎡-21,23 C. ⎥⎦⎤
⎢⎣⎡-23,21 D. ⎥⎦
⎤
⎢⎣⎡-21,21 8．在锐角ABC ∆中，已知3
B π
=，2AB AC -=，则AB AC ⋅的取值范围是 ．。