选修21公式
人教版选修21第二章双曲线双曲线的几何性质讲义

案例(二)——精析精练课堂 合作 探究重点难点突破知识点一双曲线的几何性质 (1)范围、对称性由标准方程12222=-b y a x 可得22a x ≥,当a x ≥时,y 才有实数值;对于y 的任何值,x 都有实数值。
这说明从横的方向来看,直线a x a x =-=,之间没有图象,从纵的方向来看,随着x 的增大,y 的绝对值也无限增大,所以曲线在纵方向上可无限伸展,不像椭圆那样是封闭曲线。
双曲线不封闭,但仍称其对称中心为双曲线的中心。
(2)顶点顶点:()()0,,0,21a A a A -,特殊点:()()b B b B ,0,,021-。
实轴:21A A 长为a 2,a 叫做半实轴长;虚轴:21B B 长为b 2,b 叫做虚半轴长。
如右图所示,在双曲线方程12222=-by a x 中,令0=y 得a x ±=,故它与x 轴有两个交点()0,1a A -,()0,2a A ,且x 轴为双曲线12222=-b y a x 的对称轴,所以()0,1a A -与()0,2a A 其对称轴的交点,称为双曲线的顶点(一般而言,曲线的顶点均指与其对称轴的交点),而对称轴上位于两顶点间的线段21A A 叫做双曲线12222=-by a x 的实轴长,它的长是a 2。
在方程12222=-by a x 中,令0=x ,得22b y -=,这个方程没有实数根,说明双曲线和y y 轴没有交点。
但y 轴上的两个特殊点()()b B b B ,0,,021-,这两个点在双曲线中也有非常重要的作用把线段21B B 叫做双曲线的虚轴,它的长是b 2,要特别注意不要把虚轴与椭圆的短轴混淆。
双曲线只有两个顶点,而椭圆则有四个顶点,这是两者的又一差异。
(3)渐近线如上图所示,过双曲线12222=-by a x 的两顶点21,A A ,作y 轴的平行线a x ±=,经过21,B B 作x 轴的平行线b y ±=,四条直线围成一个矩形,矩形的两条对角线所在直线方程是⎪⎭⎫⎝⎛=±±=0b y a x x a b y ,这两条直线就是双曲线的渐近线。
数学苏教版选修21圆锥曲线的统一定义教案

圆锥曲线的统一定义江苏省海州高级中学 成泽花教学目标1、了解圆锥曲线的统一定义;2、 掌握根据圆锥曲线的标准方程求准线方程的方法.教学重点,难点圆锥曲线的统一定义及准线方程.教学过程一、问题情境1.情境:我们知道,平面内到一个定点F 的距离和到一条定直线(l F 不在l 上)的距离的比等于1的动点P 的轨迹是抛物线.[设计意图]:以抛物线的定义作为新知识的生长点,设计了用电脑实验探索的问题情境,为猜想的形成提供足够的感性认识基础当这个比值是一个不等于1的常数时,动点P 的轨迹又是什么曲线呢?2.问题: 试探讨这个常数分别是12和2时,动点P 的轨迹? 二、学生活动探讨过程略(可以用课件演示); 可以得到:当常数是12时,得到的是椭圆;当常数等于2时得到的是双曲线; 问题:请大家回顾椭圆的标准方程的推导过程(可以用课件演示)[设计意图]:回忆推导椭圆的标准方程的过程,从中探索到定点距离与到定直线距离之 比为定值所蕴涵的关系,从而自然提出后面的思考。
在推导椭圆的标准方程时,我们曾得到这样的一个方程:222)(y c x a cx a +-=-将其变形为思考:你能解释这个方程的几何意义吗?c a x c=-[设计意图]:这个等式表明,椭圆上任意一点到焦点的距离与它到相应准线的距离之比是一个常数,这个常数就是椭圆的离心率。
从而使学生学会从多个角度(如代数的、几何的角度)认识同一个数学对象。
三、数学运用例题:已知点(,)P x y 到定点(,0)F c 的距离与它到定直线2:a l x c=的距离的比是常数c a(0)a c >>,求点P 的轨迹.变题:已知点(,)P x y 到定点(,0)F c 的距离与它到定直线2:a l x c=的距离的比是常数c a(0)c a >>,求点P 的轨迹.[设计意图]:双曲线的类似命题由学生思考、发现,从而引导学生建立圆锥曲线的统一定义。
四、知识建构类似地,我们可以得到:当点P 到定点(,0)F c 的距离和它到定直线2:a l x c=的距离的比是常数(0)c c a a>>时,这个点的轨迹是双曲线,方程为22221x y a b -=(其中222b c a =-),这个常数就是双曲线的离心率.这样,圆锥曲线可以统一定义为:平面内到一个定点F 和到一条定直线l (F 不在l 上)的距离的比等于常数e 的点的轨迹.当01e <<时,它表示椭圆;当1e >时,它表示双曲线;当1e =时,它表示抛物线.其中e 是圆锥曲线的离心率,定点F 是圆锥曲线的焦点,定直线l 是圆锥曲线的准线.根据图形的对称性可知,椭圆和双曲线都有两条准线,对于中心在原点,焦点在x 轴上的椭圆或双曲线,与焦点12(,0),(,0)F c F c -对应的准线方分别为22,a a x x c c=-=.五、随堂检测1、填空(见课本第53页感受⋅理解第一题)[设计意图]:对焦点在y 轴上的椭圆、双曲线(标准形式)的准线方程,让学生通过画图,独立探索) 2、已知某圆锥曲线的准线是1x =,在离心率分别取下列各值时,求圆锥曲线的标准方程:(1)12e = (2)1e = (3)32e =[设计意图]:此题是在学生学习了圆锥曲线的统一定义后的一道习题,目的在于学生首先根据离心率的大小来确定曲线是椭圆、双曲线还是抛物线,然后再求准线。
高中数学必修2,选修1-1公式表

第一部分立体几何1、常见基本函数的导数(1)常函数:0)()(='⇒=x f C x f (2)幂函数:1)()(-='⇒=αααx x f x x f (3)正弦函数:x x f x x f cos )(sin )(='⇒= (4)余弦函数:x x f x x f sin )(cos )(-='⇒= (5)指数函数1:a a x f a x f x x ln )()(='⇒= (6)指数函数2:x x e x f e x f ='⇒=)()( (7)对数函数1:ax x f x x f a ln 1)(log )(='⇒= (8)对数函数2:xx f x x f 1)(ln )(='⇒= 2、导数运算公式:(1)和的导数:)()(])()([x g x f x g x f '±'⇒'±(2)积的导数:)()()()(])()([x g x f x g x f x g x f '+'⇒'(3)商的导数:)()()()()(])()([2x g x g x f x g x f x g x f '-'⇒' 3、导数的意义:(1)导数值就是曲线在该点的斜率:)(0x f k '=; (2)位移的导数就是瞬时速度:)(t s v '=瞬 (3)速度的导数就是瞬时加速度:)(t v a '=瞬4、曲线的切线方程:))((000x x x f y y -'=-5、导数与单调性:(1)增区间x I x f ⇒⎩⎨⎧>'0)(范围; (2)减区间x I x f ⇒⎩⎨⎧<'0)(范围; 求单调区间步骤:求定义域→求导函数→分类求交集;6、利用单调性求参数范围 (1)求定义域: (2)求导函数:(3)由函数的单调性写出导函数的符号;①若)(x f 在区间D 上是单调递增函数0)(≥'⇒x f 在D 上恒成立; ②若)(x f 在区间D 上是单调递减函数0)(≤'⇒x f 在D 上恒成立; (4)分离参数①max )()(x a x a ϕϕ≥⇒≥; ②min )()(x a x a ϕϕ≤⇒≤; 例、已知函数xx a x x f 2ln )(2++=在[)+∞,1单调递增函数,求实数a 的取值范围。
人教版选修21第二章双曲线双曲线的标准方程讲义

案例(二)——精析精练课堂 合作 探究重点难点突破知识点一 双曲线的定义平面内与两个定点1F ,2F 的距离的差的绝对值等于常数(小于21F F 且不等于零)的点 的轨迹叫做双曲线,这两个定点叫做双曲线的焦点,两焦点的距离叫做双曲线的焦距。
注意 (1)在此定义中“常数要大于0且小于21F F ”这一限制条件十分重要,不可去 掉。
(2)如果定义中常数改为等于21F F ,此时动点轨迹是以1F 、2F 为端点的两条射线(包 括端点)。
(3)如果定义中常数为0,此时动点轨迹为线段1F 2F 的垂直平分线。
(4)如果定义中常数改为大于21F F ,此时动点轨迹不存在。
(5)若定义中“差的绝对值”中的“绝对值”去掉的话,点的轨迹成为双面线的一支。
(6)设()y x M ,为双曲线上的任意一点,若M 点在双曲线右支上,则()02,2121>=->a a MF MF MF MF ;若M 在双曲线的左支上,则a MF MF MF MF 2,2121-=-<,因此得a MF MF 221±=-,这是与椭圆不同的地方。
知识点二 双曲线的标准方程1.如何正确理解双曲线的标准方程的两种形式(1)通过比较两种不同类型的双曲线方程()0,12222>>=-b a by a x (焦点在x 轴上)和()0,12222>>=-b a b x a y (焦点在y 轴上),可以看出,如果2x 项的系数是正的,那么焦点就在 x 轴上;如果2y 项的系数是正的,那么焦点就在y 轴上。
对于双曲线,a 不一定大于b ,因此不能像椭圆那样通过比较分母的大小来判定焦点在哪一条 坐标轴上。
焦点在x 轴上的方程,只要将y x ,互换就能得到 焦点在y 轴上的方程。
(2)无论双曲线的焦点在哪个坐标轴上,标准方程中的c b a ,,三个量都满足222b ac +=所以c b a ,,恰好构成一个直角三角形的三边,且c 为斜边,如图所示。
高二数学选修2-1 抛物线的简单几何性质

高二数学选修2-1抛物线的简单几何性质【基础知识精讲】抛物线的几何性质、图形、标准方程列表如下: 图形标准 方程 y 2=2px(p >0)y 2=-2px(p >0)x 2=2py(p >0)x 2=-2py(p >0)焦点 坐标 (2p,0) (-2p,0) (0,2p ) (0,-2p ) 准线 方程 x=-2px=2p y=-2py=2p X 围x ≥0x ≤0 y ≥0 y ≤0 对称轴 x 轴 x 轴 y 轴 y 轴 顶点(0,0)(0,0) (0,0) (0,0) 离心率 e=1 e=1e=1e=1焦半径 |PF |=x 0+2p |PF |=2p -x 0 |PF |=2p +y 0 |PF |=2p -y 0 参数p 的几何 意义参数p 表示焦点到准线的距离,p 越大,开口越阔.本节学习要求:1.抛物线方程的确定,先由几何性质确定抛物线的标准方程,再用待定系数法求其方程.2.解决有抛物线的弦中点问题及弦长问题与椭圆、双曲线一样,利用弦长公式、韦达定理、中点坐标公式及判别式解决.3.抛物线中有关轨迹与证明问题也与前面内容一样.常用方法有轨迹法、代入法、定义法.参数法等.证明的方法是解析法.通过学习本节内容,更进一步培养我们学习数学的兴趣,培养良好的思维品质.运用数形结合的思想方法解决问题,提高分析问题和解决的能力.【重点难点解析】1.抛物线的几何性质和椭圆、双曲线比较起来,差别较大,它的离心率等于1;它只有一个焦点、一个顶点、一条对称轴、一条准线;它没有中心.通常称抛物线为无心圆锥曲线,而称椭圆和双曲线为有心圆锥曲线.应熟练掌握抛物线的四种标准方程.本节重点是抛物线的简单几何性质,难点是几何性质的灵活应用.例1 已知抛物线顶点在原点,对称轴为x 轴,抛物线上的点(x 0,-8)到焦点的距离等于17,求抛物线方程.分析 设方程为y 2=2px(p >0)或y 2=-2px(p >0)则 x 0+2p =17或2p-x 0=17 即 x 0=17-2p 或x 0=2p-17将(17-2p ,-8)代入y 2=2px解得 p=2或p=32 将(2p -17,-8)代入y 2=-2px 解得 p=2或p=32∴所求抛物线方程为y 2=±4x 或y 2=±64x.例2 求抛物线y 2=4x 中斜率为2的平行弦中点的轨迹方程.分析 本例可设平行弦的纵截距为参数、运用判别式及韦达定理、中点坐标公式来求,也可设点参数运用点差法求解.设AB 是抛物线中斜率为2的平行弦中任一条弦,A(x 1,y 1),B(x 2,y 2)AB 中点M(x,y)由⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧=--=+=+==2224421212121222121x x y y yy y x x x x y xy 得:y=1 代入y 2=4x 得x=41 ∴轨迹方程为y=1(x >41)例3 设点A 和B 为抛物线y 2=4px(p >0)上原点以外的两个动点.已知OA ⊥OB ,OM ⊥AB 于M ,求点M 的轨迹方程,并说明表示什么曲线.分析 设A(4pt 21,4pt 1),B(4pt 22,4pt 2),OA 、OB 的斜率分别为k OA 、k OB 则 k OA =11t ,k OB =21t由OA ⊥OB ,得 k OA ·k OB =211t t =-1⇒t 1t 2=-1① ∵点A 在AB 上,得直线AB 的方程为 y-4pt 1=211t t + (x-4pt 21)② 由OM ⊥AB ,得直线OM 方程为 y=-(t 1+t 2)x ③设点M(x,y),则x,y 满足②③两式 将②化为:y(t 1+t 2)=x+4pt 1t 2=x-4p ④ 由③×④得:x 2+y 2-4px=0 ∵A 、B 是原点以外的两点 ∴x ≠0∴点M 的轨迹是以(2p,0)为圆心,以2p 为半径的圆(去掉原点).【难题巧解点拨】例1 已知抛物线y 2=2px 上两点A 、B ,BC ⊥x 轴交抛物线于C ,AC 交x 轴于E ,BA 延长交x 轴于D ,求证:O 为DE 中点.分析 只需证出D 、E 两点的横坐标互为相反数即可,设A(2pt 21,2pt 1),B(2pt 22,2pt 2)则 C(2pt 22,-2pt 2) AC :y-2pt 1=211t t -(x-2pt 21) 令y=0,得x D =2pt 1t 2 BA :y-2pt 1=211t t + (x-2pt 21) 令y=0,得x E =-2pt 1t 2 ∴x D +x E =0即O 为DE 中点.例2 设抛物线过定点A(0,2)且以x 轴为准线. (Ⅰ)试求抛物线顶点M 的轨迹C 的方程;(Ⅱ)如果点P(a,1)不在线段y=1(-2≤x ≤2)上,那么当a 取何值时,过P 点存在一对互相垂直的直线同时与曲线C 各有两个交点?分析 (Ⅰ)设抛物线顶点M(x,y),y >0,则其焦点为F(x,2y). 据抛物线定义有22)22(-+y x =2即 42x +(y-1)2=1(y ≠0)∴抛物线顶点M 的轨迹C 的方程是42x +(y-1)2=1(y ≠0) (Ⅱ)过P 点的直线可设为l :y-1=k(x-a).由已知P(a,1)不在曲线C 上,则⎩⎨⎧=-++-=4)1(41)(22y x a x k y 消去y ,得x 2+4k 2(x-a)2=4 即(1+4k 2)x 2-8k 2ax+4(k 2a 2-1)=0 ∴△=16[k 2(4-a 2)+1]过点P 存在一对互相垂直的直线同时与曲线C 各有两个不同的交点的充要条件是关于斜率k 的不等式组⎪⎩⎪⎨⎧>+->+-01)4(101)4(2222a ka k 有解 ∵点P 不在直线y=1(-2≤x ≤2)上,∴|a |>2,4-a 2<0.∴上不等式组可化为⎪⎩⎪⎨⎧->-<4,412222a k a k∴a 2-4<412-a 解a 2<5又|a |>2,∴2<|a |<5 即a ∈(-5,-2)∪(2,5)【命题趋势分析】本节与椭圆、双曲线的相同内容相似,都是高考的重要内容.圆锥曲线的基础知识;直线与圆锥曲线的位置关系、弦长、中点弦及弦的中点的轨迹问题;圆锥曲线中的有关最值问题等等.本章内容为高考压轴题的高频题.【典型热点考题】例1 抛物线y=x 2的弦AB 保持与圆x 2+y 2=1相切移动,求过A 、B 的抛物线的切线交点的轨迹方程.分析一 如图,设抛物线弦AB 与圆x 2+y 2=1相切于P(x 0,y 0),则过P 点的圆的切线方程为x 0x+y 0y=1.由⎩⎨⎧==+2001xy y y x x 得y 0x 2+x 0x-1=0设A 的坐标为(x 1,x 21),B(x 2,x 22),由韦达定理,得 x 1+x 2=-00y x ,x 1·x 2=-01y又过A 、B 两点的抛物线的切线方程分别为 y+x 12=2x 1x,y+x 22=2x 2x , 则两切线交点Q(x,y)是方程组⎪⎩⎪⎨⎧=+=+xx x y x x x y 22212122②①①-②得x 21-x 22=2(x 1-x 2)x. ∴ 2x=x 1+x 2=-y x ③①×x 2-②×x 1得(x 2-x 1)y+x 1x 2(x 1-x 2)=0 ∴y=x 1x 2=-1y ④ 由③、④得x 0=y x 2,y 0=-y1∵P(x 0,y 0)在圆x 2+y 2=1上, ∴(y x 2)2+(-y1)2=1 即 y 2-4x 2=1,这是双曲线.由条件知,所求轨迹是焦点在y 轴上,a=1、b=21的双曲线的下支的一部分. 分析二设抛物线的弦AB 与圆切于点P(x 0,y 0),则过P 点的圆的切线AB 的方程为 x 0x+y 0y=1①设过A 、B 两点的抛物线切线交点为Q(α,β)则AB 为抛物线的切点弦,其方程为 y+β=2αx ② 由①、②表示同一直线,于是有α20x =10-y =β1 ∴x 0=βα2 y 0=-β1 ∵P(x 0,y 0)在圆x 2+y 2=1上,∴(βα2)2+(-β1)2=1, 即β2-4α2=1,故 y 2-4x 2=1(x ∈R,y <0)例2 某蔬菜基地种植西红柿,由历年市场行情得知,从2月1日起的300天内,西红柿市场售价与上市时间的关系用如图甲所示的一条折线表示;西红柿的种植成本与上市时间的关系用如图乙所示的抛物线段表示.(1)写出如图甲所示市场售价与时间的函数关系式P =f(t);写出如图乙所示种植成本与时间的函数关系式Q =g(t).(2)认定市场售价减去种植成本为纯收益,问何时上市的西红柿纯收益最大? (注:市场售价和种植成本的单位:元/102kg ,时间单位:天)解:(1)f(t)=⎩⎨⎧≤<-≤≤-.300200,3002,2000,300t t t tg(t)=2001 (t-150)2+100,0≤t ≤300. (2)设t 时刻的纯收益为h(t),则由题意得h(t)=f(t)-g(t),即h(t)=⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧≤<-+-≤≤++-.300200,21025272001,2000,2175********t t t t t t当0≤t ≤200时,配方整理得 h(t)=-2001(t-50)2+100, 所以,当t =50时,h(t)取得区间[0,200]上的最大值100; 当200<t ≤300时,配方整理得 h(t)=-2001(t-350)2+100 所以,当t =300时,h(t)取得区间(200,300]上的最大值87.5.综上,由100>87.5可知,h(t)在区间[0,300]上可以取得最大值100,此时t =50,即从2月1日开始的第50天时,上市的西红柿纯收益最大.【同步达纲练习】A 级一、选择题1.若A 是定直线l 外的一定点,则过A 且与l 相切圆的圆心轨迹是( ) A.圆 B.椭圆 C.双曲线一支 D.抛物线2.抛物线y 2=10x 的焦点到准线的距离是( ) B.5D.103.已知原点为顶点,x 轴为对称轴的抛物线的焦点在直线2x-4y+11=0上,则此抛物线的方程是( )A.y 2=11xB.y 2=-11xC.y 2=22xD.y 2=-22x4.过抛物线y 2=2px(p >0)的焦点且垂直于x 轴的弦AB ,O 为抛物线顶点,则∠AOB( ) A.小于90°B.等于90° C.大于90°D.不能确定5.以抛物线y 2=2px(p >0)的焦半径|PF |为直径的圆与y 轴位置关系为( ) A.相交B.相离C.相切D.不确定 二、填空题6.圆心在抛物线y 2=2x 上,且与x 轴和该抛物线的准线都相切的圆的方程是.7.若以曲线252x +162y =1的中心为顶点,左准线为准线的抛物线与已知曲线右准线交于A 、B 两点,则|AB |=.8.若顶点在原点,焦点在x 轴上的抛物线截直线y=2x+1所得的弦长为15,则此抛物线的方程是.三、解答题9.抛物线x 2=4y 的焦点为F ,过点(0,-1)作直线l 交抛物线A 、B 两点,再以AF 、BF 为邻边作平行四边形FABR ,试求动点R 的轨迹方程.10.是否存在正方形ABCD ,它的对角线AC 在直线x+y-2=0上,顶点B 、D 在抛物线y 2=4x 上?若存在,试求出正方形的边长;若不存在,试说明理由.AA 级一、选择题1.经过抛物线y 2=2px(p >0)的所有焦点弦中,弦长的最小值为( ) A.p B.2pC.4pD.不确定2.直线y=kx-2交抛物线y 2=8x 于A 、B 两点,若AB 的中点横坐标为2,则|AB |为( ) A.15B.415C.215D.423.曲线2x 2-5xy+2y 2=1( ) A.关于x 轴对称B.关于y 轴对称C.关于原点对称,但不关于y=x 对称D.关于直线y=x 对称也关于直线y=-x 对称4.若抛物线y 2=2px(p >0)的弦PQ 的中点为(x 0,y 0)(y ≠0),则弦PQ 的斜率为( ) A.-0x p B.0y p C.px -D.-px 0 5.已知抛物线y 2=2px(p >0)的焦点弦AB 的两端点坐标分别为A(x 1,y 1),B(x 2,y 2),则2121x x y y 的值一定等于( )A.4B.-4C.p 2D.-p 2二、填空题6.抛物线y 2=4x 的弦AB 垂直于x 轴,若AB 的长为43,则焦点到AB 的距离为.7.以椭圆52x +y 2=1的右焦点F 为焦点,以原点为顶点作抛物线,抛物线与椭圆的一个公共点是A ,则|AF |=.8.若△OAB 为正三角形,O 为坐标原点,A 、B 两点在抛物线y 2=2px 上,则△OAB 的周长为. 三、解答题9.抛物线y=-22x 与过点M(0,-1)的直线l 相交于A 、B 两点,O 为坐标原点,若直线OA和OB 斜率之和为1,求直线l 的方程.10.已知半圆的直径为2r ,AB 为直径,半圆外的直线l 与BA 的延长线垂直,垂足为T ,且|TA |=2a(2a <2r),半圆上有M 、N 两点,它们与直线l 的距离|MP |、|NQ |满足条件|MP |=|AM |,|NQ |=|AN |,求证:|AM |+|AN |=|AB |.【素质优化训练】 一、选择题1.过点A(0,1)且与抛物线y 2=4x 有唯一公共点的直线的条数为( ) A.1 B.2 C.3 D.42.设抛物线y=ax 2(a >0)与直线y=kx+b 相交于两点,它们的横坐标为x 1,x 2,而x 3是直线与x 轴交点的横坐标,那么x 1、x 2、x 3的关系是( )A.x 3=x 1+x 2B.x 3=11x +21x C.x 1x 2=x 2x 3+x 3x 1D.x 1x 3=x 2x 3+x 1x 2 3.当0<k <31时,关于x 的方程x 2=kx 的实根的个数是( ) A.0个 B.1个 C.2个 D.3个4.已知点A(1,2),过点(5,-2)的直线与抛物线y 2=4x 交于另外两点B 、C ,则△ABC 是( ) A.锐角三角形 B.钝角三角形 C.直角三角形 D.不确定5.将直线x-2y+b=0左移1个单位,再下移2个单位后,它与抛物线y 2=4x 仅有一个公共点,则实数b 的值等于( )A.-1B.1C.7D.9 二、填空题6.抛物线y 2=-8x 被点P(-1,1)所平分的弦所在直线方程为.7.已知抛物线y 2=2x 的弦过定点(-2,0),则弦AB 中点的轨迹方程是. 8.已知过抛物线y 2=2px 的焦点F 的弦AB 被F 分成长度为m 、n 的两部分,则m 1+n1=. 三、解答题9.已知圆C 过定点A(0,p)(p >0),圆心C 在抛物线x 2=2py 上运动,若MN 为圆C 在x 轴上截得的弦,设|AM |=m,|AN |=n ,∠MAN=θ.(1)当点C 运动时,|MN |是否变化?写出并证明你的结论?(2)求m n +nm的最大值,并求取得最大值时θ的值和此时圆C 的方程.10.已知抛物线y 2=4ax(0<a <1)的焦点为F ,以A(a+4,0)为圆心,|AF |为半径在x 轴上方作半圆交抛物线于不同的两点M 和N ,设P 为线段MN 的中点,(Ⅰ)求|MF |+|NF |的值;(Ⅱ)是否存在这样的a 值,使|MF |、|PF |、|NF |成等差数列?如存在,求出a 的值,若不存在,说明理由.【生活实际运用】1.已知点P(x 0,y 0)在抛物线含焦点的区域内,求证以点P 为中点的抛物线y 2=2px(p >0)的中点弦方程为yy 0-p(x+x 0)=y 20-2px 0注:运用求中点弦的方法不难求出结论,这一结论和过抛物线y 2=2px 上点的切线方程有什么联系?若P(x 0,y 0)为非对称中心,将抛物线y 2=2px 换成椭圆22a x +22b y =1或双曲线22a x -22by =1,它们的中点弦存在的话,中点弦方程又将如何?证明你的结论.中点弦方程在高考中多以选择题、填空题的形式出现.2.公园要建造一个圆形的喷水池,在水池中央垂直于水面安装一个柱子OA ,O 恰在圆形水面中心,OA=1.25米.安置在柱子顶端A 处的喷头向外喷水,水流在各个方向上沿形状相同的抛物线路经落下,且在过OA 的任一平面上抛物线路径如图所示,为使水流形状较为漂亮,设计成水流在到OA 距离1米处达到距水面最大高度2.25米.如果不计其它因素,那么水池的半径至少要多少米,才能使喷出的水流不致落到池外?分析 根据图形的对称性,设出并求出一边的抛物线的方程,便可求出水池的半径. 以OA 所在直线为y 轴,过O 点作oy 轴的垂直线ox 轴,建立直角坐标系如图依题意A(0,1.25),设右侧抛物线顶点为则B(1,2.25),抛物线与x 轴正向交点为C ,OC 即圆型水池的半径.设抛物线ABC 的方程为 (x-1)2=-2p(y-2.25) 将A(0,1.25)代入求得p=21 ∴抛物线方程为(x-1)2=-(y-2.25) 令y=0,(x-1)2=1.52,x=2.5(米)即水池的半径至少要2.5米,才能使喷出的水流不致落到池外.【知识验证实验】1.求函数y=136324+--x x x -124+-x x 的最大值.解:将函数变形为y=222)2()3(---x x -222)1(-+x x ,由几何意义知,y 可以看成在抛物线f(x)=x 2上的点P(x,x 2)到两定点A(3,2)和B(0,1)的距离之差,∵|PA |-|PB |≤|AB |,∴当P 、A 、B 三点共线,且P 在B 的左方时取等号,此时P 点为AB 与抛物线的交点,即P 为(6371-,183719-)时,y max =|AB |=10. 2.参与设计小花园的喷水池活动. 要求水流形状美观,水流不落池外.【知识探究学习】1.如图,设F 是抛物线的焦点,M 是抛物线上任意一点,MT 是抛物线在M 的切线,MN 是法线,ME 是平行于抛物线的轴的直线.求证:法线MN 必平分∠FME ,即φ1=φ2.解:取坐标系如图,这时抛物线方程为y 2=2px.(p >0),因为ME 平行x 轴(抛物线的轴),∴φ1=φ2,只要证明φ1=φ3,也就是△FMN 的两边FM 和FN 相等.设点M 的坐标为(x 0,y 0),则法线MN 的方程是y-y 0=-py 0(x-x 0),令y=0,便得到法线与x 轴的交点N 的坐标(x 0+p,0),所以|FN |=|x 0+p-2p |=x 0+2p ,又由抛物线的定义可知,|MF |=x 0+2p,∴|FN |=|FM |,由此得到φ1=φ2=φ3,若M 与顶点O 重合,则法线为x 轴,结论仍然成立.2.课本第124页阅读材料: 圆锥曲线的光学性质及其应用参考答案: 【同步达纲练习】A 级1.D2.B3.D4.C5.C6.(x-21)2+(y ±1)2=17.3100 8.y 2=12x 或y 2=-4x 9.解:设R(x,y),∵F(0,1),∴平行四边形FARB 的中心为C(2x ,21+y ),l :y=kx-1,代入抛物线方程,得x 2-4kx+4=0,设A(x 1,y 1),B(x 2,y 2),则x 1+x 2=4k,x 1x 2=4,且△=16k 2-16>0,即|k|>1 ①,∴y 1+y 2=42221x x +=42)(21221x x x x -+=4k 2-2,∵C为AB 的中点.∴⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧-=+=+=+=1222122222121k y y y k x x x ⇒⎩⎨⎧-==3442k y k x 消去k 得x 2=4(y+3),由①得,|x |>4,故动点R 的轨迹方程为x 2=4(y+3)(|x |>4).10.解:设存在满足题意的正方形.则BD :y=x+b,代入抛物线方程得x 2+(2b-4)x+b 2=0,∴△=(2b-4)2-4b 2=16-16b >0,∴b <1, ①,设B(x 1,y 1),D(x 2,y 2),BD 中点M(x 0,y 0),则x 1+x 2=4-2b,∴x 0=2-b,y 0=x 0+b=2,∵M 在AC 直线上,∴(2-b)+2-2=0,∴b=2与①相矛盾,故不存在满足要求的正方形.AA 级1.B2.C3.D4.B5.B6.27.95-188.123p9.解:设l :y=kx-1,代入y=-22x ,得x 2+2kx-2=0,设A(x 1,y 1),B(x 2,y 2),则x 1+x 2=-2k,x 1x 2=-2,又11x y +22x y =111x kx -+221x kx -=2k-2121x x x x +=2k-22--k =k=1,∴直线l 的方程为y=x-1. 10.证明:由|MP |=|AM |,|NQ |=|AN |知M 、N 在以l 准,A 为焦点的抛物线上,建立直角坐标系,设抛物线方程为y 2=2px ,又|TA |=2a=p,∴抛物线方程为y 2=4ax ,又圆的方程为(x-a-r)2+y 2=r 2,将两方程相减可得:x 2+2(a-r)x+a 2+2ar=0,设M(x 1,y 1),N(x 2,y 2),则x 1+x 2=2r-2a,∴|AM |+|AN |=|PM |+|QN |=x 1+x 2+2a=2r,即|AM |+|AN |=|AB |【素质优化训练】1.C2.C3.D4.C5.C6.4x+y+3=07.y 2=x+2(在已知抛物线内部的部分) 8.2p9.解:(1)设圆心C(x 0,y 0),则x 20=2py 0,圆C 的半径|CA |=2020)(p y x -+,其方程为(x-x 0)2+(y-y 0)2=x 20+(y 0-p)2,令y=0,并将x 20=2py 0,代入,得x 2-2x 0x+x 20-p 2=0,解得x m =x 0-p,x N =x 0+p,∴|MN |=|x N -x M |=2p(定值)(2)∵m=|AM |=220)(p p x +-,n=|AN |=220)(p p x ++,∴m 2+n 2=4p 2+2x 20,m ·n=4044x p +,∴m n +n m =mn n m 22+=40422424x p x p ++=20202)(4y p p y p p ++=220)(2y p y p ++=222021y p py ++≤22,当且仅当y 0=p 时等号成立,x 0=±2p ,此时△M 为等腰直角三角形,且∠M=90°,∴∠MAN=21∠M=45°,故当θ=45°时,圆的方程为(x-2 p)2+(y-p)2=2p 2或(x+2p)2+(y-p)2=2p 210.解:(1)由已知得F(a,0),半圆为[x-(a+4)]2+y 2=16(y ≥0),设M(x 1,y 1),N(x 2,y 2),则|MF |+|NF |=x 1+x 2+2a=2(4-a)+2a=8(2)若|MF |、|PF |、|NF |成等成数列,则有2|PF |=|MF |+|NF |,另一方面,设M 、P 、N 在抛物线的准线上的射影为M ′、P ′、N ′,则在直角梯形M ′MNN ′中,P ′P 是中位线,又有2|P ′P |=|M ′M |+|N ′N |=|MF |+|FN |,因而|PF |=|P ′P |,∴P 点应在抛物线上,但P点是线段MN的中点,即P并不在抛物线上,故不存在使|MF|、|PF|、|NF|成等差数列的a值.。
高中数学第三章空间向量与立体几何3.1.3两个向量的数量积学案新人教B版选修21

高中数学第三章空间向量与立体几何3.1.3两个向量的数量积学案新人教B 版选修211.掌握空间向量的夹角与长度的概念.2.掌握空间向量的数量积的定义、性质、运算律及计算方法.(重点) 3.能用向量的数量积解决立体几何问题.(难点)[基础·初探]教材整理1 空间向量的夹角阅读教材P 85~P 86“两个向量的数量积”上面内容,完成下列问题. 1.夹角的定义已知两个非零向量a ,b ,在空间中任取一点O ,作OA →=a ,OB →=b ,则角∠AOB 叫做向量a 与b 的夹角,记作〈a ,b 〉.图31202.夹角的范围空间任意两个向量的夹角θ的取值范围是[0,π].特别地,当θ=0时,两向量同向共线;当θ=________时,两向量反向共线,所以若a ∥b ,则〈a ,b 〉=0或π;当〈a ,b 〉=π2时,两向量________,记作________.【答案】 π 垂直 a ⊥b判断(正确的打“√”,错误的打“×”)(1)〈a ,b 〉与(a ,b )都表示直角坐标系下的点.( ) (2)在△ABC 中,〈AB →,BC →〉=∠B .( )(3)在正方体ABCD A ′B ′C ′D ′中,AB →与A ′C ′→的夹角为45°.( )【答案】(1)×(2)×(3)√教材整理2 空间向量的数量积及其性质阅读教材P86“两个向量的数量积”~P87“例2”,以上部分内容,完成下列问题.1.已知空间中两个非零向量a,b,则________叫做a,b的数量积,记作________.规定:零向量与任何向量的数量积为________,即0·a=________.【答案】|a||b|cos〈a,b〉a·b0 02.空间向量数量积满足下列运算律(1)(λa)·b=λ(a·b);(2)交换律:a·b=b·a;(3)分配律:(a+b)·c=________.【答案】a·b+b·c3.空间向量数量积的性质若a,b是非零向量,e是与b方向相同的单位向量,θ是a与e的夹角,则(1)e·a=a·e=|a| cos θ;(2)a⊥b⇔a·b=0;(3)a·a=|a|2或|a|=________;(4)若θ为a,b的夹角,则cos θ=a·b|a||b|;(5)|a·b|≤|a|·|b|.【答案】a·a下列式子中正确的是( )A.|a|a=a2B.(a·b)2=a2b2C.a(a·b)=b·a2D.|a·b|≤|a||b|【解析】根据数量积的定义知,A,B,C均不正确.故选D.【答案】 D[质疑·手记]预习完成后,请将你的疑问记录,并与“小伙伴们”探讨交流:疑问1:________________________________________________________ 解惑:________________________________________________________ 疑问2:________________________________________________________ 解惑:________________________________________________________ 疑问3:________________________________________________________ 解惑:________________________________________________________[小组合作型]空间向量数量积的运算(1)如图3121,三棱锥P ABC 中,PA ⊥平面ABC ,∠ABC =90°,PA =AC ,则在向量AB →,BC →,CA →,PA →,PB →,PC →中,夹角为90°的共有( )图3121A .6对B .5对C .4对D .3对(2)已知空间四边形ABCD 的每条边和对角线的长都等于a ,点E ,F 分别是BC ,AD 的中点,则AE →·AF →=________.图3122(3)如图3122所示,正方体ABCD A 1B 1C 1D 1的棱长为1,求下列数量积: ①AB →·BA 1→=________; ②AB →·BC 1→=________.【自主解答】 (1)AB →与BC →,PA →与AB →,PA →与BC →,PA →与CA →,PB →与BC →夹角为90°. (2)AE →·AF →=⎝⎛⎭⎪⎫AB →+12BC →·12AD →=12AB →·AD →+14BC →·AD →=12a 2cos 60°=14a 2. (3)①AB →·BA 1→=1×2cos 135° =-1;②AB →·BC 1→=AB →·(BC →+CC 1→)=AB →·BC →+AB →·CC 1→ =0.【答案】 (1)B (2)14a 2(3)①-1 ②01.求两向量数量积的解题思路 (1)解模:解出两向量的模.(2)求夹角:根据向量的方向求出两向量的夹角. (3)求结果:使用公式a ·b =|a ||b |cos 〈a ,b 〉得结果. 2.数量积的运算结果是一个数量,正、负、零皆有可能.[再练一题]1.已知空间向量a ,b 满足|a |=4,|b |=8,a 与b 的夹角为150°,求下列各式的值. (1)a ·b ;(2)(a +2b )·(2a -3b ).【解】 (1)a ·b =|a ||b |cos 〈a ,b 〉=4×8×cos 150°=4×8×⎝ ⎛⎭⎪⎫-32=-16 3. (2)(a +2b )·(2a -3b )=2a 2+a ·b -6b 2=2|a |2+|a ||b |cos 150°-6|b |2=2×42-163-6×82=-352-16 3.求两个空间向量的夹角如图3123,在正方体ABCD A 1B 1C 1D 1中,求BC →1与AC →夹角的大小.图3123【精彩点拨】 (1)怎样用向量AB →,AD →,AA →1表示向量BC →1与AC →? (2)求两向量的夹角公式是怎样的? 【自主解答】 不妨设正方体的棱长为1, BC →1·AC →=(BC →+CC →1)·(AB →+BC →)=(AD →+AA →1)·(AB →+AD →)=AD →·AB →+AD →2+AA →1·AB →+AA →1·AD →=0+AD →2+0+0=AD →2=1, 又∵|BC →1|=2,|AC →|=2,∴cos 〈BC 1→,AC →〉=BC →1·AC →|BC →1||AC →|=12×2=12.∵0°≤〈BC →1,AC →〉≤180°, ∴〈BC →1,AC →〉=60°. ∴BC →1与AC →夹角的大小为60 °.1.由于向量的夹角的取值范围为[0,π],而异面直线所成的角的取值范围为⎝ ⎛⎦⎥⎤0,π2,因此利用向量数量积求异面直线所成的角时,要注意角度之间的关系.当〈a ,b 〉∈ ⎝ ⎛⎦⎥⎤0,π2时,它们相等;而当〈a ,b 〉∈ ⎝ ⎛⎦⎥⎤π2,π时,它们互补.2.利用数量积求异面直线所成角θ的余弦值的步骤 (1)取向量;(2)求向量夹角余弦cos 〈a ,b 〉; (3)定结果cos θ=|cos 〈a ,b 〉|.[再练一题]2.如图3124,已知直三棱柱ABC A ′B ′C ′中,AC =BC =AA ′,∠ACB =90°,D ,E 分别为AB ,BB ′的中点.图3124(1)求证:CE ⊥A ′D ;(2)求异面直线CE 与AC ′所成角的余弦值. 【解】 (1)证明:设CA →=a ,CB →=b ,CC ′→=c ,根据题意,|a |=|b |=|c |且a ·b =b ·c =c ·a =0. ∴CE →=b +12c ,A ′D →=-c +12b -12a .∴CE →·A ′D →=-12c 2+12b 2=0,∴CE →⊥A ′D →,即CE ⊥A ′D . (2)∵AC ′→=-a +c ,∴|AC ′→|=2|a |,|CE →|=52|a |,∵AC ′→·CE →=(-a +c )·⎝ ⎛⎭⎪⎫b +12c =12c 2=12|a |2,∴cos 〈AC ′→,CE →〉=12|a |22·52|a |2=1010. ∴异面直线CE 与AC ′所成角的余弦值为1010. [探究共研型]利用数量积求距离探究1 已知A (1,2,1),B (2,0,2),求|AB →|的值. 【提示】 AB →=(1,-2,1),∴|AB →|=12+-22+12= 6.探究2 求两点间距离或线段的长度的方法.【提示】 利用向量的数量积求两点间的距离,可以转化为求向量的模的问题,其基本思路是先选择以两点为端点的向量,将此向量表示为几个已知向量的和的形式,求出这几个已知向量的两两之间的夹角以及它们的模,利用公式|a |=a ·a 求解即可.平行四边形ABCD 中,AB =2AC =2且∠ACD =90°,将它沿对角线AC 折起,使AB 与CD 成60°角,求点B ,D 间的距离.图3125【精彩点拨】 (1)由已知可以得出AC 与CD ,AC 与AB 垂直吗? (2)根据AB 与CD 成60°角可建立什么方程?能直接求出|BD →|吗?【自主解答】 由已知得AC ⊥CD ,AC ⊥AB ,折叠后AB 与CD 所成角为60°,于是,AC →·CD →=0,BA →·AC →=0,且〈BA →,CD →〉=60°或120°.|BD →|2=(BA →+AC →+CD →)2=BA →2+AC →2+CD →2+2BA →·AC →+2AC →·CD →+2BA →·CD →=22+12+22+2×2×2cos〈BA →,CD →〉,故|BD →|2=13或5,解得|BD →|=13或5, 即B ,D 间的距离为13或 5.1.利用空间向量的数量积与空间向量模的关系,常把空间两点距离问题转化为空间向量模的大小问题加以计算.2.用数量积求两点间距离的步骤 (1)用向量表示此距离; (2)用其他向量表示此向量; (3)用公式a ·a =|a |2,求|a |; (4)|a |即为所求距离.[再练一题]3.如图3126所示,在空间四边形OABC 中,OA ,OB ,OC 两两成60°角,且OA =OB =OC =2,E 为OA 的中点,F 为BC 的中点,试求E ,F 间的距离.图3126【解】 EF →=EA →+AF →=12OA →+12(AB →+AC →)=12OA →+12[(OB →-OA →)+(OC →-OA →)]=-12OA →+12OB →+12OC →,所以EF 2→=14OA →2+14OB →2+14OC →2+2×⎝ ⎛⎭⎪⎫-12×12OA →·OB →+2×⎝ ⎛⎭⎪⎫-12×12OA →·OC →+2×12×12OB →·OC →=2.∴|EF →|=2,即E ,F 间的距离为 2.[构建·体系]1.已知e 1,e 2为单位向量,且e 1⊥e 2,若a =2e 1+3e 2,b =k e 1-4e 2,a ⊥b ,则实数k 的值为( )A .-6B .6C .3D .-3【解析】 由题意可得a ·b =0,e 1·e 2=0, |e 1|=|e 2|=1,∴(2e 1+3e 2)·(k e 1-4e 2)=0, ∴2k -12=0,∴k =6. 【答案】 B2.在空间四边形OABC 中,OB =OC ,∠AOB =∠AOC =π3,则cos 〈OA →,BC →〉的值为( )A.12 B .22C .-12D .0【解析】 OA →·BC →=OA →·(OC →-OB →)=OA →·OC →-OA →·OB →=|OA →||OC →|cos ∠AOC -|OA →|·|OB →|cos ∠AOB =12|OA →||OC →|-12|OA →||OB →|=0,∴OA →⊥BC →.∴cos 〈OA →,BC →〉=0. 【答案】 D3.在空间四边形ABCD 中,AB →·CD →+BC →·AD →+CA →·BD →=________.【导学号:15460065】【解析】 原式=AB →·CD →+BC →·AD →+CA →·(AD →-AB →)=AB →·(CD →-CA →)+AD →·(BC →+CA →) =AB →·AD →+AD →·BA →=0. 【答案】 04.如图3127,四面体ABCD 的每条棱长都等于2,点E ,F 分别为棱AB ,AD 的中点,则|AB →+BC →|=________,|BC →-EF →|=________,EF →与AC →所成的角为________.图3127【解析】 |AB →+BC →|=|AC →|=2; EF →=12BD →,BD →·BC →=2×2×cos 60°=2,故|BC →-EF →|2=⎪⎪⎪⎪⎪⎪BC →-12BD →2=BC →2-BC →·BD →+14BD →2=4-2+14×4=3.故|BC →-EF →|= 3.又因为EF →=12BD →=12(AD →-AB →),故AC →·EF →=12AC →·(AD →-AB →)=12(AC →·AD →-AC →·AB →)=0, 因为〈EF →,AC →〉∈[0°,180°], 所以〈EF →,AC →〉=90°. 【答案】 23 90°5.如图3128,三棱柱ABC A 1B 1C 1中,M ,N 分别是A 1B ,B 1C 1上的点,且BM =2A 1M ,C 1N=2B 1N .设AB →=a ,AC →=b ,AA 1→=c .图3128(1)试用a ,b ,c 表示向量MN →;(2)若∠BAC =90°,∠BAA 1=∠CAA 1=60°,AB =AC =AA 1=1,求MN 的长. 【解】 (1)MN →=MA 1→+A 1B 1→+B 1N →=13BA 1→+AB →+13B 1C 1→ =13(c -a )+a +13(b -a ) =13a +13b +13c . (2)∵(a +b +c )2=a 2+b 2+c 2+2a ·b +2b ·c +2a ·c =1+1+1+0+2×1×1×12+2×1×1×12=5,∴|a +b +c |=5, ∴|MN →|=13|a +b +c |=53,即MN =53.我还有这些不足:(1)________________________________________________________ (2)________________________________________________________ 我的课下提升方案:(1)________________________________________________________ (2)________________________________________________________学业分层测评 (建议用时:45分钟)[学业达标]一、选择题1.设a ,b ,c 是任意的非零平面向量,且它们相互不共线,下列命题:①(a ·b )c -(c ·a )b =0;②|a |=a ·a ;③a 2b =b 2a ;④(3a +2b )·(3a -2b )=9|a |2-4|b |2.其中正确的有( )A .①②B .②③C .③④D .②④【解析】 由于数量积不满足结合律,故①不正确,由数量积的性质知②正确,③中,|a |2·b =|b |2·a 不一定成立,④运算正确.【答案】 D2.已知a +b +c =0,|a |=2,|b |=3,|c |=4,则a 与b 的夹角〈a ,b 〉=( ) A .30° B .45° C .60°D .以上都不对【解析】 ∵a +b +c =0,∴a +b =-c ,∴(a +b )2=|a |2+|b |2+2a ·b =|c |2,∴a ·b =32,∴cos 〈a ,b 〉=a ·b |a ||b |=14. 【答案】 D3.已知四边形ABCD 为矩形,PA ⊥平面ABCD ,连接AC ,BD ,PB ,PC ,PD ,则下列各组向量中,数量积不为零的是( )A.PC →与BD → B .DA →与PB → C.PD →与AB →D .PA →与CD →【解析】 用排除法,因为PA ⊥平面ABCD ,所以PA ⊥CD ,故PA →·CD →=0,排除D ;因为AD ⊥AB ,PA ⊥AD ,又PA ∩AB =A ,所以AD ⊥平面PAB ,所以AD ⊥PB ,故DA →·PB →=0,排除B ,同理PD →·AB →=0,排除C.【答案】 A4.如图3129,已知空间四边形每条边和对角线都等于a ,点E ,F ,G 分别是AB ,AD ,DC 的中点,则下列向量的数量积等于a 2的是( )图3129A .2BA →·AC →B .2AD →·DB →C .2FG →·AC →D .2EF →·CB →【解析】 2BA →·AC →=-a 2,故A 错;2AD →·DB →=-a 2,故B 错;2EF →·CB →=-12a 2,故D错;2FG →·AC →=AC →2=a 2,故只有C 正确.【答案】 C5.在正方体ABCD A 1B 1C 1D 1中,有下列命题: ①(AA 1→+AD →+AB →)2=3AB →2; ②A 1C →·(A 1B 1→-A 1A →)=0; ③AD 1→与A 1B →的夹角为60°. 其中正确命题的个数是( ) A .1个 B .2个 C .3个D .0个【解析】 由题意知①②都正确,③不正确,AD 1→与A 1B →的夹角为120°. 【答案】 B 二、填空题6.已知|a |=2,|b |=3,〈a ,b 〉=60°,则|2a -3b |=_________________.【导学号:15460066】【解析】 |2a -3b |2=(2a -3b )2=4a 2-12a ·b +9b 2=4×|a |2+9×|b |2-12×|a |·|b |·cos 60°=61, ∴|2a -3b |=61. 【答案】617.已知|a |=2,|b |=1,〈a ,b 〉=60°,则使向量a +λb 与λa -2b 的夹角为钝角的实数λ的取值范围是________.【解析】 由题意知⎩⎪⎨⎪⎧a +λb ·λa -2b <0,cos 〈a +λb ,λa -2b 〉≠-1.即⎩⎪⎨⎪⎧a +λb ·λa -2b <0,a +λb ·λa -2b ≠-|a +λb ||λa -2b |得λ2+2λ-2<0. ∴-1-3<λ<-1+ 3. 【答案】 (-1-3,-1+3)8.如图3130,已知正三棱柱ABC A 1B 1C 1的各条棱长都相等,M 是侧棱CC 1的中点,则异面直线AB 1和BM 所成的角的大小是________.图3130【解析】 不妨设棱长为2,则AB →1=BB 1→-BA →,BM →=BC →+12BB 1→,cos 〈AB 1→,BM →〉=BB 1→-BA →·⎝⎛⎭⎪⎫BC →+12BB 1→22×5=0-2+2-022×5=0,故填90°.【答案】 90° 三、解答题9.如图3131,在正方体ABCD A 1B 1C 1D 1中,O 为AC 与BD 的交点,G 为CC 1的中点.求证:A 1O ⊥平面BDG .图3131【证明】 设A 1B 1→=a ,A 1D 1→=b ,A 1A →=c . 则a ·b =0,a ·c =0,b ·c =0.而A 1O →=A 1A →+AO →=A 1A →+12(AB →+AD →)=c +12(a +b ),BD →=AD →-AB →=b -a ,OG →=OC →+CG →=12(AB →+AD →)+12CC 1→=12(a +b )+12c .∴A 1O →·BD →=⎝ ⎛⎭⎪⎫c +12a +12b ·(b -a )=c ·(b -a )+12(a +b )·(b -a )=c ·b -c ·a +12(b 2-a 2)=12(|b |2-|a |2)=0. ∴A 1O →⊥BD →. ∴A 1O ⊥BD . 同理可证A 1O →⊥OG →. ∴A 1O ⊥OG .又OG ∩BD =O 且A 1O ⊄平面BDG , ∴A 1O ⊥平面BDG .10.已知长方体ABCD A 1B 1C 1D 1中,AB =AA 1=2,AD =4,E 为侧面AB 1的中心,F 为A 1D 1的中点,试计算:(1)BC →·ED 1→;(2)BF →·AB 1→;(3)EF →·FC 1→.【解】 如图所示,设AB →=a ,AD →=b ,AA 1→=c , 则|a |=|c |=2,|b |=4,a·b =b·c =c·a =0.(1)BC →·ED 1→=AD →·(EA 1→+A 1D 1→)=AD →·⎣⎢⎡⎦⎥⎤12AA 1→-AB →+AD →=b ·⎣⎢⎡⎦⎥⎤12c -a +b =|b |2=42=16.(2)BF →·AB 1→=(BA 1→+A 1F →)·(AB →+BB 1→)=⎝⎛⎭⎪⎫AA 1→-AB →+12AD →·(AB →+AA 1→)=⎝⎛⎭⎪⎫c -a +12b ·(a +c )=|c |2-|a |2=22-22=0.(3)EF →·FC 1→=(EA 1→+A 1F →)·(FD 1→+D 1C 1→) =⎣⎢⎡⎦⎥⎤12AA 1→-AB →+12AD →·⎝ ⎛⎭⎪⎫12AD →+AB → =⎣⎢⎡⎦⎥⎤12c -a +12b ·⎝ ⎛⎭⎪⎫12b +a =12(-a +b +c )·⎝ ⎛⎭⎪⎫12b +a=-12|a |2+14|b |2=2.[能力提升]1.已知边长为1的正方体ABCD A 1B 1C 1D 1的上底面A 1B 1C 1D 1的中心为O 1,则AO 1→·AC →的值为( )A .-1B .0C .1D .2【解析】 AO 1→=AA 1→+A 1O 1→=AA 1→+12(A 1B 1→+A 1D 1→)=AA 1→+12(AB →+AD →),而AC →=AB →+AD →,则AO 1→·AC →=12(AB →2+AD →2)=1,故选C.【答案】 C2.已知a ,b 是两异面直线,A ,B ∈a ,C ,D ∈b ,AC ⊥b ,BD ⊥b 且AB =2,CD =1,则直线a ,b 所成的角为( )A .30°B .60°C .90°D .45°【解析】 由于AB →=AC →+CD →+DB →,则AB →·CD →=(AC →+CD →+DB →)·CD →=CD →2=1. cos 〈AB →,CD →〉=AB →·CD →|AB →|·|CD →|=12,得〈AB →,CD →〉=60°.【答案】 B3.已知正三棱柱ABC DEF 的侧棱长为2,底面边长为1,M 是BC 的中点,若直线CF 上有一点N ,使MN ⊥AE ,则CN CF=________.【导学号:15460067】【解析】设CN CF=m ,由于AE →=AB →+BE →, MN →=12BC →+mAD →,又AE →·MN →=0,得12×1×1×⎝ ⎛⎭⎪⎫-12+4m =0,解得m =116. 【答案】1164.如图3132,平行六面体ABCD A 1B 1C 1D 1中,AB =1,AD =2,AA 1=3,∠BAD =90°,∠BAA 1=∠DAA 1=60°,求AC 1的长.图3132【解】 ∵AC 1→=AB →+AD →+AA 1→, ∴|AC 1→|=AB →+AD →+AA 1→2= AB →2+AD →2+AA 1→2+2AB →·AD →+AB →·AA 1→+AD →·AA 1→.∵AB =1,AD =2,AA 1=3,∠BAD =90°,∠BAA 1=∠DAA 1=60°, ∴〈AB →,AD →〉=90°,〈AB →,AA 1→〉=〈AD →,AA 1→〉=60°, ∴|AC 1→|=1+4+9+21×3×cos 60°+2×3×cos 60° =23.。
人教版选修21第三章空间向量的基本定理讲义
人教版选修21第三章空间向量的基本定理讲义讲堂合作研究重点难点突破知识点一 共线向量定理(1)定理内容:对空间两个向量()0,≠b b a ,b a //的充要条件是存在唯一的实数x , 使xb a =。
此定理可以分化为以下两个命题;①若()0//≠b b a ,则存在唯一实数x ,使xb a =。
②存在实数x ,使()0≠=b xb a ,则b a //。
(2)在定理中为什么要准则0≠b 呢?当时0=b ,若0=a ,则b a //,也存在实数x 使xb a =;但若0≠a ,我们知道零向量和任一非零向量共线,但不存在实数x ,使xb a =,因此在定理中准则了0≠b 。
若将定理写成xa b b a =⇔//,则应准则0≠a 。
说明:①在xb a =功中,敷衍确定的x 和b ,xb a =功表示空间与b 平行或共线且长度为xb 的所有向量;②利用共线向量定理可以证明两线平行,或三点共线。
知识点二 共面向量定理(1)共面向量已知向量a ,作a OA =,要是OA 的基线平行于平面a ,记作α//a (右图),通常我们把平行于联合平面的向量,叫做共面向量。
说明:①α//a 是指a 的基线在平面α内或平行平面α。
②共面向量是指这些向量的基线平行或在联合平面内,共面向量的基线可能相交、平行或异面。
我们已知,对空间恣意两个向量,它们总是共面的,但空间恣意三个向量就不一定共面了。
比方,在下图中的长方体,向量AB 、AC 、AD ,无论怎样平移都不能使它们在联合平面内。
(2)共面向量定理共面向量定理:要是两个向量a 、b 不共线,则向量c 与向量a 、b 共面的充要条件是,存在唯一的一对实数y x ,,使yb xac +=。
说明:①在证明充要条件标题时,要证明两个方面即充分性和必要性。
②共面向量的充要条件给出了平面的向量表示,说明恣意一个平面可以由两个不共线的平面向量表示出来,它既是鉴别三个向量是否共面的依据,又是已知共面条件的另一种形式,可以借此已知共面条件化为向量式,以便我们的向量运算。
高考数学知识点归纳总结全
为为为为p 为q 为为为为┐p 为┐q为为为为q 为p为为为为为┐q 为┐p为为为为为为为为为为为为为为为为高中数学必修+选修知识点归纳必修1数学知识点第一章:集合与函数概念1、集合三要素:确定性、互异性、无序性。
2、 常见集合:正整数集合:或,整数集合:*N +N ,有理数集合:,实数集合:.Z Q R 3、并集.记作:.交集.记作:.B A B A 全集、补集{|,}U C A x x U x A =∈∉且(C U A)∩( C U B) = C U (A∪B) (C U A)∪( C U B) = C U (A∩B);;B B A = A B ⊆⇒简易逻辑:或:有真为真,全假为假。
且:有假为假,全真为真。
非:真假相反原命题:若P 则q ; 逆命题:若q 则p ;否命题:若┑P 则┑q;逆否命题:若┑q 则┑p 。
常用变换:①)()()()()()(y f x f y x f y f x f y x f =-⇔=+.证)()(])[()()()()(y f y x f y y x f x f x f y f y x f -=+-=⇔=-②)()()()()((y f x f y x f y f x f yxf +=⋅⇔-=证:)()()()(y f yxf y y x f x f +=⋅=4、设A 、B 是非空的数集,如果按照某种确定的对应关系,使对于集合f A 中的任意一个数,在集合B 中都x 有惟一确定的数和它对应,那()x f 么就称为集合A 到集合B B A f →:的一个函数,记作:.()A x x f y ∈=,5、定义域1⎧⎪⎨⎪⎩分母不等于零被开方大于等于零对数的幂大于零,底大于零不等于值域:利用函数单调性求出所给区间的最大值和最小值,6、函数单调性:(1)定义法:设那么2121],,[x x b a x x <∈、上是增函数;],[)(0)()(21b a x f x f x f 在⇔<-上是减函数.],[)(0)()(21b a x f x f x f 在⇔>-步骤:取值—作差—变形—定号—判断(2)导数法:设函数在某个区间内可导,若)(x f y =,则为增函数;若,则0)(>'x f )(x f 0)(<'x f 为减函数.)(x f 7、奇偶性为偶函数:图象关于轴对称.()x f ()()x f x f =-y 函数为奇函数图象关于原点对()x f ()()x f x f -=-称.若奇函数在区间上是递增函数,则()x f y =()+∞,0在区间上也是递增函数.()x f y =()0,∞-若偶函数在区间上是递增函数,则()x f y =()+∞,0在区间上是递减函数.()x f y =()0,∞-函数的几个重要性质:①如果函数对于一切,都有()x f y =R x ∈或f (2a-x )=f (x ),那函()()x a f x a f -=+数的图象关于直线对称.()x f y =a x = ②函数与函数的图象关于直线()x f y =()x f y -=对称;0=x 函数与函数的图象关于直线()x f y =()x f y -=对称;0=y 函数与函数的图象关于坐标()x f y =()x f y --=原点对称.二、函数与导数1、几种常见函数的导数①;②; ③'C 0=1')(-=n n nxx ; ④;x x cos )(sin '=x x sin )(cos '-=⑤; ⑥; ⑦a a a xx ln )('=xx e e =')(;⑧a x x a ln 1)(log '=xx 1)(ln '=2、导数的运算法则(1). '''()u v u v ±=±(2). '''()uv u v uv =+ (3).'''2()(0)u u v uvv vv-=≠3、复合函数求导法则复合函数的导数和函数(())y f g x =的导数间的关系为,(),()y f u u g x ==x u x y y u '''=⋅即对的导数等于对的导数与对的导数的y x y u u x 乘积.解题步骤:分层—层层求导—作积还原导数的应用:1、在点处的导数的几何意义:)(x f y =0x 函数在点处的导数是曲线在)(x f y =0x )(x f y =处的切线的斜率,相应的切线))(,(00x f x P )(0x f '方程是.))((000x x x f y y -'=-切线方程:过点的切线方程,设切点为()00,P x y ,则切线方程为,()11,x y ()()111'y y f x x x -=-再将P 点带入求出即可1x 2、函数的极值(----列表法) (1)极值定义:极值是在附近所有的点,都有<,0x )(x f )(0x f 则是函数的极大值;)(0x f )(x f极值是在附近所有的点,都有>,0x )(x f )(0x f 则是函数的极小值.)(0x f )(x f (2)判别方法:①如果在附近的左侧>0,右侧0x )('x f <0,那么是极大值;)('x f )(0x f ②如果在附近的左侧<0,右侧0x )('x f >0,那么是极小值.)('x f )(0x f 3、求函数的最值(1)求在内的极值(极大或者极小值)()y f x =(,)a b (2)将的各极值点与比较,其()y f x =(),()f a f b 中最大的一个为最大值,最小的一个为极小值。
高中数学 2.4.2抛物线的几何性质(一)课件 新人教版选修21
3、顶点: 抛物线只有一个顶点,一个焦点,一条准线; 4、离心率: 抛物线的离心率是确定的,等于1; 5、通径: 抛物线的通径为2P, 2p越大,抛物线的张口越大.
6、光学性质:从焦点出发的光线,通过抛物线反射就变成
了平行光束.
第十七页,共17页。
o F ( p ,0) x
2
第六页,共17页。
5、 通径
过焦点(jiāodiǎn)而垂直于对称
轴的弦AB,称为抛物线的通径,
y
y2=2px
|AB|=2p
利用抛物线的顶点 (dǐngdiǎn)、通径的两个端 点可较准确画出反映抛物 线基本特征的草图.
A p , p
2
2p
OF
x
B
p , p 2
为由:条y2件=2(ptixáojiàn)可得A (4代0,3入0)方, 程得:
302=2p·40
解之: p= 45
4
故所求抛物线的标准方程为: y2=
45
2 x,
焦点为( 45 ,0)
8
第十三页,共17页。
例题3
思考例题3:图中是抛物线形拱桥,当水面(shuǐ miàn)在 l
时,拱顶离水面(shuǐ m若ià在n)水2米面,上水有面一(宽sh为uǐ 2m米ià,n高)
抛物镜面:抛物线绕其对称轴旋转(xuánzhuǎn)而成的曲面
灯泡放在抛物线的焦点位置上,通过镜面反射就变 成了平行光束,这就是探照灯、汽车前灯(qián dēnɡ)、手电 设计原理。
平行光线射到抛物镜面上,经镜面反射后,反射光线都
经过抛物线的焦点,这就是太阳灶能把光能转化为热能
数学北师大版选修21课件:第一章2.3 充要条件
m<-2或m>0,
解得 m<-2 为所求.
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第一章 常用逻辑用语
法二:利用函数思想.
令 f(x)=x2+(2m-1)x+m2,
依题意,函数的两个零点都大于 1 的充要条件为
Δ≥0,
(2m-1)2-4m2≥0,
-2m2-1>1,⇔ -2m2-1-1>0,
f(1)>0
m2+2m>0
m≤41, ⇔ m<-12,
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第一章 常用逻辑用语
[方法归纳] (1)分清条件和结论; (2)由条件推出结论是证明充分性; (3)由结论推出条件是证明必要性.
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第一章 常用逻辑用语
3.已知数列{an}的前 n 项和为 Sn=aqn+b(a≠0,q 是不等于 0 和 1 的常数),求证数列{an}为等比数列的充要条件是 a+b =0. 证明:(1)必要性. 因为数列{an}为等比数列, 所以 Sn=a1(11--qqn)=1-a1q-1-a1qqn. 因为 Sn=aqn+b,所以 a=-1-a1q,b=1-a1q. 所以 a+b=0.
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第一章 常用逻辑用语
3.已知 α,β为不重合的两个平面,直线 m α,那么“α⊥β”
是“m⊥β”的( B ) A.充分不必要条件
B.必要不充分条件
C.充要条件
D.既不充分也不必要条件
解析:因为
mα m⊥β
⇒α⊥β,但
m α α⊥β
m⊥β,故
“α⊥β”是“m⊥β”的必要不充分条件.
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•10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。2021/9/102021/9/102021/9/109/10/2021 10:47:25 AM •11、只有让学生不把全部时间都用在学习上,而留下许多自由支配的时间,他才能顺利地学习……(这)是教育过程的逻辑。2021/9/102021/9/102021/9/10Sep-2110-Sep-21 •12、要记住,你不仅是教课的教师,也是学生的教育者,生活的导师和道德的引路人。2021/9/102021/9/102021/9/10Friday, September 10, 2021
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高二数学选修2-1知识点
第一章 简单逻辑联结词
1、命题:用语言、符号或式子表达的,可以判断真假的陈述句. 真命题:判断为真的语句. 假命题:判断为假的语句.
2、“若p ,则q ”形式的命题中的p 称为命题的条件,q 称为命题的结论.
3、对于两个命题,如果一个命题的条件和结论分别是另一个命题的结论和条件,则这两个命题称为互逆命题.其中一个命题称为原命题,另一个称为原命题的逆命题. 若原命题为“若p ,则q ”,它的逆命题为“若q ,则p ”.
4、对于两个命题,如果一个命题的条件和结论恰好是另一个命题的条件的否定和结论的否定,则这两个命题称为互否命题.中一个命题称为原命题,另一个称为原命题的否命题. 若原命题为“若p ,则q ”,则它的否命题为“若p ⌝,则q ⌝”.
5、对于两个命题,如果一个命题的条件和结论恰好是另一个命题的结论的否定和条件的否定,则这两个命题称为互为逆否命题.其中一个命题称为原命题,另一个称为原命题的逆否命题. 若原命题为“若p ,则q ”,则它的否命题为“若q ⌝,则p ⌝”.
6、四种命题的真假性:
原命题 逆命题 否命题 逆否命题 真 真 真 真 真 假 假 真 假 真 真 真 假 假 假 假
四种命题的真假性之间的关系:
()1两个命题互为逆否命题,它们有相同的真假性;
()2两个命题为互逆命题或互否命题,它们的真假性没有关系.
7、若p q ⇒,则p 是q 的充分条件,q 是p 的必要条件. 若p q ⇔,则p 是q 的充要条件(充分必要条件).
8、用联结词“且”把命题p 和命题q 联结起来,得到一个新命题,记作p q ∧.
当p 、q 都是真命题时,p q ∧是真命题;当p 、q 两个命题中有一个命题是假命题时,p q ∧是假命题.
用联结词“或”把命题p 和命题q 联结起来,得到一个新命题,记作p q ∨.
当p 、q 两个命题中有一个命题是真命题时,p q ∨是真命题;当p 、q 两个命题都是假命题时,p q ∨是假命题.
对一个命题p 全盘否定,得到一个新命题,记作p ⌝.
若p 是真命题,则p ⌝必是假命题;若p 是假命题,则p ⌝必是真命题.
9、短语“对所有的”、“对任意一个”在逻辑中通常称为全称量词,用“∀”表示. 含有全称量词的命题称为全称命题.
全称命题“对M 中任意一个x ,有()p x 成立”,记作“x ∀∈M ,()p x ”. 短语“存在一个”、“至少有一个”在逻辑中通常称为存在量词,用“∃”表示. 含有存在量词的命题称为特称命题.
特称命题“存在M 中的一个x ,使()p x 成立”,记作“x ∃∈M ,()p x ”.
10、全称命题p :x ∀∈M ,()p x ,它的否定p ⌝:x ∃∈M ,()p x ⌝.全称命题的否定是特称命
第二章 圆锥曲线
11、平面内与两个定点1F ,2F 的距离之和等于常数(大于12F F )的点的轨迹称为椭圆.这两个定点称为椭圆的焦点,两焦点的距离称为椭圆的焦距. 12、椭圆的几何性质:
焦点的位置 焦点在x 轴上
焦点在y 轴上 图形 标准方程
范围
a x a -≤≤且
b y b -≤≤ b x b -≤≤且a y a -≤≤ 顶点 ()1,0a A -、()2,0a A ()10,b B -、()20,b B ()10,a A -、()20,a A
()1,0b B -、()2,0b B
轴长 短轴的长2b = 长轴的长2a =
焦点 ()1,0F c -、()2,0F c ()10,F c -、()20,F c
焦距
对称性 关于x 轴、y 轴、原点对称
离心率 准线方程
13、设M 是椭圆上任一点,点M 到1F 对应准线的距离为1d ,点M 到2F 对应准线的距离为2d ,则
121
2
F F e d d M M =
=.
14、平面内与两个定点1F ,2F 的距离之差的绝对值等于常数(小于12F F )的点的轨迹称为双曲线.这两个定点称为双曲线的焦点,两焦点的距离称为双曲线的焦距.
15、双曲线的几何性质:
焦点的位置 焦点在x 轴上
焦点在y 轴上 图形
标准方程
范围 x a ≤-或x a ≥,y R ∈
y a ≤-或y a ≥,x R ∈ 顶点 ()1,0a A -、()2,0a A ()10,a A -、()20,a A
轴长 虚轴的长2b = 实轴的长2a =
焦点
()1,0F c -、()2,0F c ()10,F c -、()20,F c
焦距
对称性
关于x 轴、y 轴对称,关于原点中心对称 离心率 准线方程 渐近线方程 16、实轴和虚轴等长的双曲线称为等轴双曲线.
17、设M 是双曲线上任一点,点M 到1F 对应准线的距离为1d ,点M 到2F 对应准线的距离为2d ,
则
121
2
F F e d d M M =
=.
18、平面内与一个定点F 和一条定直线l 的距离相等的点的轨迹称为抛物线.定点F 称为抛物线的焦点,定直线l 称为抛物线的准线. 19、过抛物线的焦点作垂直于对称轴且交抛物线于A 、B 两点的线段AB ,称为抛物线的“通径”,
即2p AB =. 20、焦半径公式:
若点()00,x y P 在抛物线()220y px p =>上,焦点为F ,则02p
F x P =+; 若点()00,x y P 在抛物线()220y px p =->上,焦点为F ,则02p
F x P =-+;
若点()00,x y P 在抛物线()220x py p =>上,焦点为F ,则02p
F y P =+;
若点()00,x y P 在抛物线()220x py p =->上,焦点为F ,则02
p
F y P =-+.
21、抛物线的几何性质: 标准方程
图形
顶点
对称轴 x 轴
y 轴
焦点 准线方程
离心率 范围
第三章 空间向量与立体几何
1. 空间向量及其运算
①
a ==r
d AB =AB =
u u u r ② 共线向量定理://a b a b λ⇔=r r r r (0)b ≠r r
③ 共面向量定理:,,(,)p a b p xa yb x y R ⇔=+∈u r r r u r r r
共面;
四点共面
(,)MP xMA yMB x y R =+∈u u u r u u u r u u u r ④ 空间向量基本定理 (,,)p xa yb zc x y z R =++∈u r r r r (不共面的三个向量,,a b c r r r
构成一组基
底,任意两个向量都共面)
2. 平行:(直线的方向向量,平面的法向量)(,a b r r
是a,b 的方向向量,n r 是平面α的法向量)
线线平行://a b ⇔//a b r r
线面平行://a a n α⇔⊥r r 或 //a b r r ,b α⊂ 或 (a xb yc b c =+r r r r r
,
是α内不共线向量) 面面平行:12////n n αβ⇔u r u u r
3. 垂直
线线垂直:a b ⊥⇔0a b a b ⊥⇔⋅=r r r r
线面垂直://a a n α⊥⇔r r 或 , (a b a c b c ⊥⊥r r r r r r
,
是α内不共线向量) 面面垂直:12n n αβ⊥⇔⊥u r u u r
4. 夹角问题
线线角
线面角
二面角
③回答二面角(空间想象二面角为锐角还是钝角或借助于法向量的方向),只需说明二面角大小,无需说明理由))
5. 距离问题(一般是求点面距离,线面距离,面面距离转化为点到面的距离)
P 到平面α的距离
(其中A 是平面α内任一点,n r 为平面α的法向量) 6. 立体几何解题一般步骤
坐标法:①建系(选择两两垂直的直线,借助于已有的垂直关系构造);②写点坐标;③写向量的坐标;④向量运算;⑤将向量形式的结果转化为最终结果。
基底法:①选择一组基底(一般是共起点的三个向量);②将向量用基底表示;③向量运算;
④将向量形式的结果转化为最终结果。
异面直线夹角——平移直线(借助中位线平行四边形等平行线);
线面角——找准面的垂线,借助直角三角形的知识解决;
二面角——定义法作二面角,三垂线定理作二面角;作交线的垂面.。