高中数学必修四2.4.1平面向量的数量积的物理背景及其含义导学案.docx
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1、高中数学必修四2.4.1平面向量的数量积的物理背景及其含义导学案2022人教A版中学数学必修4.1平面对量数量积的物理背景及其含义讲义 24.1平面对量数量积的物理背景及其含义预习课本P103105,思索并完成以下问题(1)怎样定义向量的数量积?向量的数量积与向量数乘相同吗?(2)向量b在a方向上的投影怎么计算?数量积的几何意义是什么?(3)向量数量积的性质有哪些?(4)向量数量积的运算律有哪些?新知初探1向量的数量积的定义(1)两个非零向量的数量积:已知条件向量a,b是非零向量,它们的夹角为定义a与b的数量积(或内积)是数量|a|b|cos记法ab|a|b|cos(2)零向量与任一向量的数量
2、积:规定:零向量与任一向量的数量积均为0.点睛(1)两向量的数量积,其结果是数量,而不是向量,它的值等于两向量的模与两向量夹角余弦值的乘积,其符号由夹角的余弦值来确定(2)两个向量的数量积记作ab,千万不能写成ab的形式2向量的数量积的几何意义(1)投影的概念:向量b在a的方向上的投影为|b|cos.向量a在b的方向上的投影为|a|cos.(2)数量积的几何意义:数量积ab等于a的长度|a|与b在a的方向上的投影|b|cos的乘积点睛(1)b在a方向上的投影为|b|cos(是a与b的夹角),也可以写成ab|a|.(2)投影是一个数量,不是向量,其值可为正,可为负,也可为零3向量数量积的性质设a
3、与b都是非零向量,为a与b的夹角(1)abab0.(2)当a与b同向时,ab|a|b|,当a与b反向时,ab|a|b|.(3)aa|a|2或|a|aaa2.(4)cosab|a|b|.(5)|ab|a|b|.点睛对于性质(1),可以用来解决有关垂直的问题,即若要证明某两个向量垂直,只需判定它们的数量积为0;若两个非零向量的数量积为0,则它们相互垂直4向量数量积的运算律(1)abba(交换律)(2)(a)b(ab)a(b)(结合律)(3)(ab)cacbc(安排律)点睛(1)向量的数量积不满意消去律:若a,b,c均为非零向量,且acbc,但得不到ab.(2)(ab)ca(bc),因为ab,bc是
4、数量积,是实数,不是向量,所以(ab)c与向量c共线,a(bc)与向量a共线,因此,(ab)ca(bc)在一般状况下不成立小试身手1推断下列命题是否正确(正确的打“”,错误的打“”)(1)两个向量的数量积仍旧是向量()(2)若abbc,则肯定有ac.()(3)若a,b反向,则ab|a|b|.()(4)若ab0,则ab.()答案:(1)(2)(3)(4)2若|a|2,|b|12,a与b的夹角为60,则ab()A2B.12C1D.14答案:B3已知|a|10,|b|12,且(3a)15b36,则a与b的夹角为()A60B120C135D150答案:B4已知a,b的夹角为,|a|2,|b|3.(1)
5、若135,则ab_;(2)若ab,则ab_;(3)若ab,则ab_.答案:(1)32(2)6或6(3)0向量数量积的运算 典例(1)已知向量a与b的夹角为120,且|a|4,|b|2,求:ab;(ab)(a2b) (2)如图,正三角形ABC的边长为2,c,a,b,求abbcca.解(1)由已知得ab|a|b|cos42cos1204.(ab)(a2b)a2ab2b216(4)2412.(2)|a|b|c|2,且a与b,b与c,c与a的夹角均为120,abbcca22cos12033.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,其中精确求出两向量的夹角是求数量积的
6、关键(2)依据数量积的运算律,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 活学活用已知|a|3,|b|4,a与b的夹角为120,求:(1)ab;(2)a2b2;(3)(2ab)(a3b) 解:(1)ab|a|b|cos12034126.(2)a2b2|a|2|b|232427.(3)(2ab)(a3b)2a25ab3b22|a|25|a|b|cos1203|b|22325341234260.与向量的模有关的问题 典例(1)(浙江高考)已知e1,e2是平面单位向量,且e1e212.若平面对量b满意be1be21,则|b|_.(2)已知向量a,b的夹角为45,且|a|1,|2ab|10,
7、则|b|_.解析(1)令e1与e2的夹角为,e1e2|e1|e2|coscos12.又0180,60.b(e1e2)0,b与e1,e2的夹角均为30,be1|b|e1|cos301,从而|b|1cos30233.(2)a,b的夹角为45,|a|1,ab|a|b|cos4522|b|,|2ab|24422|b|b|210,|b|32.答案(1)233(2)32求向量的模的常见思路及方法(1)求模问题一般转化为求模的平方,与向量数量积联系,并敏捷应用a2|a|2,勿遗忘开方(2)aaa2|a|2或|a|a2,可以实现实数运算与向量运算的相互转化 活学活用已知向量a,b满意|a|b|5,且a与b的夹
8、角为60,求|ab|,|ab|,|2ab|.解:|ab|2(ab)2(ab)(ab)|a|2|b|22ab25252|a|b|cos60502551275,|ab|53.|ab|2(ab)2(ab)(ab)|a|2|b|22ab|a|2|b|22|a|b|cos6025,|ab|5.|2ab|2(2ab)(2ab)4|a|2|b|24ab4|a|2|b|24|a|b|cos60175,|2ab|57. 两个向量的夹角和垂直题点一:求两向量的夹角1(重庆高考)已知非零向量a,b满意|b|4|a|,且a(2ab),则a与b的夹角为()A.3B.2C.23D.56解析:选Ca(2ab),a(2ab)
9、0,2|a|2ab0,即2|a|2|a|b|cosa,b0.|b|4|a|,2|a|24|a|2cosa,b0,cosa,b12,a,b23.题点二:证明两向量垂直2已知向量a,b不共线,且|2ab|a2b|,求证:(ab)(ab)证明:|2ab|a2b|,(2ab)2(a2b)2.即4a24abb2a24ab4b2,a2b2.(ab)(ab)a2b20.又a与b不共线,ab0,ab0,(ab)(ab)题点三:利用夹角和垂直求参数3已知ab,|a|2,|b|3且向量3a2b与kab相互垂直,则k的值为()A32B.32C32D1解析:选B3a2b与kab相互垂直,(3a2b)(kab)0,3k
10、a2(2k3)ab2b20.ab,ab0,又|a|2,|b|3,12k180,k32. 求向量a与b夹角的思路(1)求向量夹角的关键是计算ab及|a|b|,在此基础上结合数量积的定义或性质计算cosab|a|b|,最终借助0,求出的值(2)在个别含有|a|,|b|与ab的等量关系式中,常利用消元思想计算cos的值 层级一学业水平达标1已知向量a,b满意|a|1,|b|4,且ab2,则a与b的夹角为()A.6B.4C.3D.2解析:选C由题意,知ab|a|b|cos4cos2,又0,所以3.2已知|b|3,a在b方向上的投影为32,则ab等于()A3B.92C2D.12解析:选B设a与b的夹角为
11、.|a|cos32,ab|a|b|cos33292.3已知|a|b|1,a与b的夹角是90,c2a3b,dka4b,c与d垂直,则k的值为()A6B6C3D3解析:选Bcd0,(2a3b)(ka4b)0,2ka28ab3kab12b20,2k12,k6.4已知a,b满意|a|4,|b|3,夹角为60,则|ab|()A37B13C.37D.13解析:选C|ab|ab2a22abb242243cos603237.5在四边形ABCD中,且0,则四边形ABCD是()A矩形B菱形C直角梯形D等腰梯形解析:选B,即一组对边平行且相等,0,即对角线相互垂直,四边形ABCD为菱形6给出以下命题:若a0,则对任
12、一非零向量b都有ab0;若ab0,则a与b中至少有一个为0;a与b是两个单位向量,则a2b2.其中,正确命题的序号是_解析:上述三个命题中只有正确,因为|a|b|1,所以a2|a|21,b2|b|21,故a2b2.当非零向量a,b垂直时,有ab0,明显错误答案:7设e1,e2是两个单位向量,它们的夹角为60,则(2e1e2)(3e12e2)_.解析:(2e1e2)(3e12e2)6e217e1e22e2267cos60292.答案:928若|a|1,|b|2,cab,且ca,则向量a与b的夹角为_解析:ca,ca0,(ab)a0,即a2ab0.|a|1,|b|2,12cosa,b0,cosa,
13、b12.又0a,b180,a,b120.答案:1209已知e1与e2是两个夹角为60的单位向量,a2e1e2,b2e23e1,求a与b的夹角解:因为|e1|e2|1,所以e1e211cos6012,|a|2(2e1e2)2414e1e27,故|a|7,|b|2(2e23e1)24912e1e27,故|b|7,且ab6e212e22e1e2621272,所以cosa,bab|a|b|727712,所以a与b的夹角为120.10已知|a|2|b|2,且向量a在向量b方向上的投影为1.(1)求a与b的夹角;(2)求(a2b)b;(3)当为何值时,向量ab与向量a3b相互垂直?解:(1)|a|2|b|
14、2,|a|2,|b|1.又a在b方向上的投影为|a|cos1,ab|a|b|cos1.cos12,23.(2)(a2b)bab2b2123.(3)ab与a3b相互垂直,(ab)(a3b)a23abba3b24313740,47.层级二应试实力达标1已知|a|2,|b|1,且a与b的夹角为3,则向量ma4b的模为()A2B23C6D12解析:选B|m|2|a4b|2a28ab16b24821121612,所以|m|23.2在RtABC中,C90,AC4,则等于()A16B8C8D16解析:选D法一:因为cosAACAB,故|cosA|216,故选D.法二:在上的投影为|cosA|,故|cosA|
15、216,故选D. 3已知向量a,b满意|a|1,|b|2,且a在b方向上的投影与b在a方向上的投影相等,则|ab|()A1B.3C.5D3解析:选C由于投影相等,故有|a|cosa,b|b|cosa,b,因为|a|1,|b|2,所以cosa,b0,即ab,则|ab|a|2|b|22ab5.4.如图,在边长为2的菱形ABCD中,BAD60,E为BC的中点,则()A3B0C1D1解析:选CAB12AD()12|212|21222cos602212221.5设向量a,b,c满意abc0,(ab)c,ab,若|a|1,则|a|2|b|2|c|2的值是_解析:法一:由abc0得cab.又(ab)c0,(
16、ab)(ab)0,即a2b2.则c2(ab)2a2b22aba2b22,|a|2|b|2|c|24.法二:如图,作a,b,则c.ab,ABBC,又ab,(ab)c,CDCA,所以ABC是等腰直角三角形,|a|1,|b|1,|c|2,|a|2|b|2|c|24.答案:46已知向量a,b的夹角为45,且|a|4,12ab(2a3b)12,则|b|_;b在a方向上的投影等于_解析:12ab(2a3b)a212ab3b212,即3|b|22|b|40,解得|b|2(舍负),b在a方向上的投影是|b|cos452221.答案:217已知非零向量a,b,满意|a|1,(ab)(ab)12,且ab12.(1
17、)求向量a,b的夹角;(2)求|ab|.解:(1)(ab)(ab)12,a2b212,即|a|2|b|212.又|a|1,|b|22.ab12,|a|b|cos12,cos22,向量a,b的夹角为45.(2)|ab|2(ab)2|a|22|a|b|cos|b|212,|ab|22.8设两个向量e1,e2,满意|e1|2,|e2|1,e1与e2的夹角为3,若向量2te17e2与e1te2的夹角为钝角,求实数t的取值范围解:由向量2te17e2与e1te2的夹角为钝角,得2te17e2e1te2|2te17e2|e1te2|0.即(2te17e2)(e1te2)0,化简即得2t215t70,解得7
18、t12.当夹角为时,也有(2te17e2)(e1te2)0,但此时夹角不是钝角,设2te17e2(e1te2),0,可得2t,7t,0,14,t142.所求实数t的取值范围是7,142142,12. 中学数学必修四2.4平面对量的数量积小结导学案 2.4平面对量的数量积小结【学习目标】1.理解数量积的含义驾驭数量积的坐标表达式,会进行平面对量数量积的运算2能运用数量积表示两个向量的夹角,会用数量积推断两个平面对量的垂直关系3会用向量方法解决某些简洁的实际问题【新知自学】学问梳理:1向量的夹角已知两个_向量a和b,作OAa,OBb,则_称作向量a与向量b的夹角,记作a,b向量夹角a,b的范围是_
19、,且_b,a若a,b_,则a与b垂直,记作_2平面对量的数量积_叫做向量a和b的数量积(或内积),记作ab_.可见,ab是实数,可以等于正数、负数、零其中|a|cos(|b|cos)叫做向量a在b方向上(b在a方向上)的投影数量积的记号是ab,不能写成ab,也不能写成ab.向量数量积满意下列运算律:ab_(交换律)(ab)c_(安排律)(a)b_a(b)(数乘结合律)3平面对量数量积的性质:已知非零向量a(a1,a2),b(b1,b2)性质几何表示坐标表示定义ab|a|b|cosa,baba1b1a2b2模aa|a|2或|a|aa|a|a21a22 若A(x1,y1),B(x2,y2),则AB
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