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從高考命題特點看平面向量一輪復(fù)習(xí)重點

2014-11-20 10:32:31顧永建
中學(xué)課程輔導(dǎo)高考版·學(xué)生版 2014年11期
關(guān)鍵詞:交匯基底橢圓

從近幾年高考來看,平面向量有以下幾個考查特點:1.向量的加法,主要考查運算法則、幾何意義;平面向量的數(shù)量積、坐標(biāo)運算、兩向量平行與垂直的充要條件是命題的重點內(nèi)容,主要考查運算能力和靈活運用知識的能力;試題常以填空題形式出現(xiàn),難度中等偏下.2.平面向量與三角函數(shù)、解析幾何相結(jié)合,以解答題形式呈現(xiàn),難度中等.鑒于高考平面向量的命題特點,建議同學(xué)們第一輪復(fù)習(xí)應(yīng)在平面向量的“知識性”和“交匯性”上下工夫.

一、把握基本知識,掌握基本方法

平面向量的基本知識主要包括平面向量的基本概念、重要定理、基本性質(zhì)和運算法則等,概括如下:

1.平面向量中的五個基本概念

(1)零向量模的大小為0,方向是任意的,它與任意非零向量都共線,記為0.

(2)長度等于1個單位長度的向量叫單位向量,a方向上的單位向量為a|a|.

(3)方向相同或相反的向量叫共線向量(平行向量).

(4)如果直線l的斜率為k,則a=(1,k)是直線l的一個方向向量.

(5)向量的投影:|b|cos〈a,b〉叫做向量b在向量a方向上的投影.

2.平面向量的兩個重要定理

(1)向量共線定理:向量a(a≠0)與b共線當(dāng)且僅當(dāng)存在唯一一個實數(shù)λ,使b=λa.

(2)平面向量基本定理:如果e1,e2是同一平面內(nèi)的兩個不共線向量,那么對這一平面內(nèi)的任一向量a,有且只有一對實數(shù)λ1,λ2,使a=λ1e1+λ2e2,其中e1,e2是一組基底.

3.平面向量的兩個充要條件

若兩個非零向量a=(x1,y1),b=(x2,y2),則:

(1)a∥ba=λbx1y2-x2y1=0.

(2)a⊥ba·b=0x1x2+y1y2=0.

4.平面向量的三個性質(zhì)

(1)若a=(x,y),則|a|=a·a=x2+y2.

(2)若A(x1,y1),B(x2,y2),則

|AB|=(x2-x1)2+(y2-y1)2.

(3)若a=(x1,y1),b=(x2,y2),θ為a與b的夾角,則cosθ=a·b|a||b|=x1x2+y1y2x21+y21x22+y22.

牢固掌握基礎(chǔ)知識是數(shù)學(xué)解題的前提,而要把知識轉(zhuǎn)化為能力,復(fù)習(xí)時必須要善于動腦,勤于練習(xí),并注重總結(jié)與歸納,例如平面向量數(shù)量積,歷來是平面向量高考命題的主要考點.由于平面向量數(shù)量積的運算具有一定的技巧,在歷年高考中往往得分率不高.如何“突破”這個考點?同學(xué)們一定要注意方法的積累,熟練掌握以下三種方法:

1.定義法是求平面向量數(shù)量積最基本的方法

例1(1)(2014·全國卷)已知a,b為單位向量,其夾角為60°,則(2a-b)·b=()

A. -1B. 0C. 1D. 2

(2)(2014·重慶卷)已知向量a與b的夾角為60°,且a=(-2,-6),|b|=10,則a·b=.

答案:(1)B; (2)10.

解析:(1)因為a,b為單位向量,且其夾角為60°,

所以(2a-b)·b=2a·b-b2=2|a||b|cos60°-|b|2=0.

(2)∵|a|=(-2)2+(-6)2=210,

∴a·b=|a||b|cos60°=210×10×12=10.

評注:當(dāng)兩個向量的模與夾角都已經(jīng)給出或容易求出時,定義法是求平面向量數(shù)量積最好的方法.此類問題在高考中屬于容易題.

2.基底法是求平面向量數(shù)量積最重要的方法

例2(2014·江蘇卷)如圖所示,在平行四邊形ABCD中,已知AB=8,AD=5,CP=3PD,AP·BP=2,則AB·AD的值是.

答案:22.

解析:考慮將條件中涉及的AP,BP向量用基底AB,AD表示,然后實施計算.

因為在平行四邊形ABCD中,CP=3PD,

所以AP=AD+DP=AD+14AB,BP=BC+CP=AD-34AB.

則AP·BP=2=(AD+14AB)·(AD-34AB)=AD2-12AD·AB-316AB2.

又AB=8,AD=5,AP·BP=2,則2=25-316×64-12AB·AD,故AB·AD=22.

評注:確定一組基底,將所求數(shù)量積的兩個向量分別用這組基底線性表示,進(jìn)而將所求數(shù)量積的兩個向量數(shù)量積問題轉(zhuǎn)化為基底的數(shù)量積問題,這就是所謂的基底法,體現(xiàn)了數(shù)學(xué)解題的轉(zhuǎn)化思想.

3.解析法是求平面向量數(shù)量積最有效的方法

例3(2014·天津卷)已知菱形ABCD的邊長為2,∠BAD=120°,點E,F(xiàn)分別在邊BC,DC上,BC=3BE,DC=λDF.若AE·AF=1,則λ的值為.

答案:2.

解析:建立如圖所示的平面直角坐標(biāo)系,

則A(-1,0),B(0,-3),C(1,0),D(0,3).設(shè)E(x1,y1),F(xiàn)(x2,y2),

由BC=3BE,得(1,3)=3(x1,y1+3),

可得E(13,-233);

由DC=λDF,得(1,-3)=λ(x2,y2-3),可得F(1λ,3-3λ).

∵AE·AF=(43,-233)·(1λ+1,3-3λ)=103λ-23=1,∴λ=2.

評注:解析法又叫坐標(biāo)法,即恰當(dāng)建立直角坐標(biāo)系,將平面向量坐標(biāo)化,可使向量數(shù)量積運算程序化,從而減少思維量.本文中的例2也可用解析法來解,簡解如下:endprint

不妨以A點為坐標(biāo)原點,AB所在直線作為x軸建立平面直角坐標(biāo)系,可設(shè)A(0,0),B(8,0),D(a,t),P(a+2,t),C(a+8,t),則AP=(a+2,t),BP=(a-6,t).由AP·BP=2,得a2+t2-4a=14,由AD=5,得a2+t2=25,則4a=11,故所求AB·AD=8a=22.

二、關(guān)注知識交匯,提高綜合能力

平面向量的“交匯性”主要體現(xiàn)在平面幾何、三角函數(shù)和平面解析幾何中,在平面幾何問題中,主要是將向量的位置關(guān)系轉(zhuǎn)化為平面幾何中的邊與邊的位置關(guān)系;在三角函數(shù)問題中平面向量的知識主要是給出三角函數(shù)之間的一些關(guān)系,解題的關(guān)鍵還是三角函數(shù)問題;解析幾何中向量知識只是給出一些幾何量的位置和數(shù)量關(guān)系,在解題中要善于根據(jù)向量知識分析解析幾何中的幾何關(guān)系.

1.平面向量與平面幾何的交匯

例4在△ABC中,(BC+BA)·AC=|AC|2,則△ABC的形狀是.

答案:直角三角形.

解析:根據(jù)向量式尋找△ABC邊、角之間的關(guān)系.

由(BC+BA)·AC=|AC|2,得(BC+BA-AC)·AC=0,

∴(BC+BA+CA)·AC=02BA·AC=0,故BA⊥AC,∠A=90°,

故△ABC一定是直角三角形.

評注:對于此類問題,一般需要靈活運用向量的運算法則、運算律,將已知條件等價變形,從而得到結(jié)論.特別地,有的問題還需要依據(jù)幾何圖形選取適當(dāng)?shù)幕祝ɑ字械南蛄勘M量已知模或夾角),將題中涉及的向量用基底表示,然后計算或證明.

2.平面向量與三角函數(shù)的交匯

例5(2014·山東)在△ABC中,已知AB·AC=tanA,當(dāng)A=π6時,△ABC的面積為.

答案:16.

解析:因為AB·AC=|AB|·|AC|cosA=tanA,且A=π6,所以|AB|·|AC|=23,所以△ABC的面積S=12|AB|·|AC|sinA=12×23×sinπ6=16.

評注:在平面向量與三角函數(shù)的綜合問題中,一方面用平面向量的語言表述三角函數(shù)中的問題,如利用向量平行、垂直的條件表述三角函數(shù)式之間的關(guān)系,利用向量模表述三角函數(shù)之間的關(guān)系等;另一方面可以利用三角函數(shù)的知識解決平面向量問題,在解決此類問題的過程中,只要根據(jù)題目的具體要求,在向量和三角函數(shù)之間建立起聯(lián)系,就可以根據(jù)向量或者三角函數(shù)的知識解決問題.

3.平面向量與解析幾何的交匯

例6已知橢圓C:x2a2+y2b2=1(a>b>0)的離心率e=22,點F為橢圓的右焦點,點A、B分別為橢圓的左、右頂點,點M為橢圓的上頂點,且滿足MF·FB=2-1.

(1)求橢圓C的方程;

(2)是否存在直線l,當(dāng)直線l交橢圓于P、Q兩點時,使點F恰為△PQM的垂心?若存在,求出直線l的方程;若不存在,請說明理由.

解析:(1)根據(jù)題意得,F(xiàn)(c,0)(c>0),A(-a,0),B(a,0),M(0,b),

∴MF=(c,-b),F(xiàn)B=(a-c,0),∴MF·FB=ac-c2=2-1.

又e=ca=22,∴a=2c,∴2c2-c2=2-1,

∴c2=1,a2=2,b2=1,

∴橢圓C的方程為x22+y2=1.

(2)假設(shè)存在滿足條件的直線l.∵kMF=-1,且MF⊥l,∴kl=1.

設(shè)直線l的方程為y=x+m,P(x1,y1),Q(x2,y2),

由y=x+m,x22+y2=1消去y得3x2+4mx+2m2-2=0,

則有Δ=16m2-12(2m2-2)>0,即m2<3,又x1+x2=-4m3,x1x2=2m2-23,

∴y1y2=(x1+m)(x2+m)=x1x2+m(x1+x2)+m2=2m2-23-4m23+m2=m2-23.

又F為△MPQ的垂心,連結(jié)PF,則PF⊥MQ,∴PF·MQ=0,

又PF=(1-x1,-y1),MQ=(x2,y2-1),

∴PF·MQ=x2+y1-x1x2-y1y2=x2+x1+m-x1x2-y1y2=-43m+m-2m2-23-m2-23=-m2-m3+43=-13(3m2+m-4)=-13(3m+4)(m-1)=0,

∴m=-43或m=1(舍去),

經(jīng)檢驗m=-43符合條件,

∴存在滿足條件的直線l,其方程為3x-3y-4=0.

評注:由于平面向量的坐標(biāo)運算與解析幾何“一脈相承”,向量法成了破解解析幾何問題的重要方法之一.本例既體現(xiàn)了平面向量與解析幾何的“交匯性”,又體現(xiàn)了平面向量的“工具性”.

(作者:顧永建,江蘇省石莊高級中學(xué))endprint

不妨以A點為坐標(biāo)原點,AB所在直線作為x軸建立平面直角坐標(biāo)系,可設(shè)A(0,0),B(8,0),D(a,t),P(a+2,t),C(a+8,t),則AP=(a+2,t),BP=(a-6,t).由AP·BP=2,得a2+t2-4a=14,由AD=5,得a2+t2=25,則4a=11,故所求AB·AD=8a=22.

二、關(guān)注知識交匯,提高綜合能力

平面向量的“交匯性”主要體現(xiàn)在平面幾何、三角函數(shù)和平面解析幾何中,在平面幾何問題中,主要是將向量的位置關(guān)系轉(zhuǎn)化為平面幾何中的邊與邊的位置關(guān)系;在三角函數(shù)問題中平面向量的知識主要是給出三角函數(shù)之間的一些關(guān)系,解題的關(guān)鍵還是三角函數(shù)問題;解析幾何中向量知識只是給出一些幾何量的位置和數(shù)量關(guān)系,在解題中要善于根據(jù)向量知識分析解析幾何中的幾何關(guān)系.

1.平面向量與平面幾何的交匯

例4在△ABC中,(BC+BA)·AC=|AC|2,則△ABC的形狀是.

答案:直角三角形.

解析:根據(jù)向量式尋找△ABC邊、角之間的關(guān)系.

由(BC+BA)·AC=|AC|2,得(BC+BA-AC)·AC=0,

∴(BC+BA+CA)·AC=02BA·AC=0,故BA⊥AC,∠A=90°,

故△ABC一定是直角三角形.

評注:對于此類問題,一般需要靈活運用向量的運算法則、運算律,將已知條件等價變形,從而得到結(jié)論.特別地,有的問題還需要依據(jù)幾何圖形選取適當(dāng)?shù)幕祝ɑ字械南蛄勘M量已知?;驃A角),將題中涉及的向量用基底表示,然后計算或證明.

2.平面向量與三角函數(shù)的交匯

例5(2014·山東)在△ABC中,已知AB·AC=tanA,當(dāng)A=π6時,△ABC的面積為.

答案:16.

解析:因為AB·AC=|AB|·|AC|cosA=tanA,且A=π6,所以|AB|·|AC|=23,所以△ABC的面積S=12|AB|·|AC|sinA=12×23×sinπ6=16.

評注:在平面向量與三角函數(shù)的綜合問題中,一方面用平面向量的語言表述三角函數(shù)中的問題,如利用向量平行、垂直的條件表述三角函數(shù)式之間的關(guān)系,利用向量模表述三角函數(shù)之間的關(guān)系等;另一方面可以利用三角函數(shù)的知識解決平面向量問題,在解決此類問題的過程中,只要根據(jù)題目的具體要求,在向量和三角函數(shù)之間建立起聯(lián)系,就可以根據(jù)向量或者三角函數(shù)的知識解決問題.

3.平面向量與解析幾何的交匯

例6已知橢圓C:x2a2+y2b2=1(a>b>0)的離心率e=22,點F為橢圓的右焦點,點A、B分別為橢圓的左、右頂點,點M為橢圓的上頂點,且滿足MF·FB=2-1.

(1)求橢圓C的方程;

(2)是否存在直線l,當(dāng)直線l交橢圓于P、Q兩點時,使點F恰為△PQM的垂心?若存在,求出直線l的方程;若不存在,請說明理由.

解析:(1)根據(jù)題意得,F(xiàn)(c,0)(c>0),A(-a,0),B(a,0),M(0,b),

∴MF=(c,-b),F(xiàn)B=(a-c,0),∴MF·FB=ac-c2=2-1.

又e=ca=22,∴a=2c,∴2c2-c2=2-1,

∴c2=1,a2=2,b2=1,

∴橢圓C的方程為x22+y2=1.

(2)假設(shè)存在滿足條件的直線l.∵kMF=-1,且MF⊥l,∴kl=1.

設(shè)直線l的方程為y=x+m,P(x1,y1),Q(x2,y2),

由y=x+m,x22+y2=1消去y得3x2+4mx+2m2-2=0,

則有Δ=16m2-12(2m2-2)>0,即m2<3,又x1+x2=-4m3,x1x2=2m2-23,

∴y1y2=(x1+m)(x2+m)=x1x2+m(x1+x2)+m2=2m2-23-4m23+m2=m2-23.

又F為△MPQ的垂心,連結(jié)PF,則PF⊥MQ,∴PF·MQ=0,

又PF=(1-x1,-y1),MQ=(x2,y2-1),

∴PF·MQ=x2+y1-x1x2-y1y2=x2+x1+m-x1x2-y1y2=-43m+m-2m2-23-m2-23=-m2-m3+43=-13(3m2+m-4)=-13(3m+4)(m-1)=0,

∴m=-43或m=1(舍去),

經(jīng)檢驗m=-43符合條件,

∴存在滿足條件的直線l,其方程為3x-3y-4=0.

評注:由于平面向量的坐標(biāo)運算與解析幾何“一脈相承”,向量法成了破解解析幾何問題的重要方法之一.本例既體現(xiàn)了平面向量與解析幾何的“交匯性”,又體現(xiàn)了平面向量的“工具性”.

(作者:顧永建,江蘇省石莊高級中學(xué))endprint

不妨以A點為坐標(biāo)原點,AB所在直線作為x軸建立平面直角坐標(biāo)系,可設(shè)A(0,0),B(8,0),D(a,t),P(a+2,t),C(a+8,t),則AP=(a+2,t),BP=(a-6,t).由AP·BP=2,得a2+t2-4a=14,由AD=5,得a2+t2=25,則4a=11,故所求AB·AD=8a=22.

二、關(guān)注知識交匯,提高綜合能力

平面向量的“交匯性”主要體現(xiàn)在平面幾何、三角函數(shù)和平面解析幾何中,在平面幾何問題中,主要是將向量的位置關(guān)系轉(zhuǎn)化為平面幾何中的邊與邊的位置關(guān)系;在三角函數(shù)問題中平面向量的知識主要是給出三角函數(shù)之間的一些關(guān)系,解題的關(guān)鍵還是三角函數(shù)問題;解析幾何中向量知識只是給出一些幾何量的位置和數(shù)量關(guān)系,在解題中要善于根據(jù)向量知識分析解析幾何中的幾何關(guān)系.

1.平面向量與平面幾何的交匯

例4在△ABC中,(BC+BA)·AC=|AC|2,則△ABC的形狀是.

答案:直角三角形.

解析:根據(jù)向量式尋找△ABC邊、角之間的關(guān)系.

由(BC+BA)·AC=|AC|2,得(BC+BA-AC)·AC=0,

∴(BC+BA+CA)·AC=02BA·AC=0,故BA⊥AC,∠A=90°,

故△ABC一定是直角三角形.

評注:對于此類問題,一般需要靈活運用向量的運算法則、運算律,將已知條件等價變形,從而得到結(jié)論.特別地,有的問題還需要依據(jù)幾何圖形選取適當(dāng)?shù)幕祝ɑ字械南蛄勘M量已知?;驃A角),將題中涉及的向量用基底表示,然后計算或證明.

2.平面向量與三角函數(shù)的交匯

例5(2014·山東)在△ABC中,已知AB·AC=tanA,當(dāng)A=π6時,△ABC的面積為.

答案:16.

解析:因為AB·AC=|AB|·|AC|cosA=tanA,且A=π6,所以|AB|·|AC|=23,所以△ABC的面積S=12|AB|·|AC|sinA=12×23×sinπ6=16.

評注:在平面向量與三角函數(shù)的綜合問題中,一方面用平面向量的語言表述三角函數(shù)中的問題,如利用向量平行、垂直的條件表述三角函數(shù)式之間的關(guān)系,利用向量模表述三角函數(shù)之間的關(guān)系等;另一方面可以利用三角函數(shù)的知識解決平面向量問題,在解決此類問題的過程中,只要根據(jù)題目的具體要求,在向量和三角函數(shù)之間建立起聯(lián)系,就可以根據(jù)向量或者三角函數(shù)的知識解決問題.

3.平面向量與解析幾何的交匯

例6已知橢圓C:x2a2+y2b2=1(a>b>0)的離心率e=22,點F為橢圓的右焦點,點A、B分別為橢圓的左、右頂點,點M為橢圓的上頂點,且滿足MF·FB=2-1.

(1)求橢圓C的方程;

(2)是否存在直線l,當(dāng)直線l交橢圓于P、Q兩點時,使點F恰為△PQM的垂心?若存在,求出直線l的方程;若不存在,請說明理由.

解析:(1)根據(jù)題意得,F(xiàn)(c,0)(c>0),A(-a,0),B(a,0),M(0,b),

∴MF=(c,-b),F(xiàn)B=(a-c,0),∴MF·FB=ac-c2=2-1.

又e=ca=22,∴a=2c,∴2c2-c2=2-1,

∴c2=1,a2=2,b2=1,

∴橢圓C的方程為x22+y2=1.

(2)假設(shè)存在滿足條件的直線l.∵kMF=-1,且MF⊥l,∴kl=1.

設(shè)直線l的方程為y=x+m,P(x1,y1),Q(x2,y2),

由y=x+m,x22+y2=1消去y得3x2+4mx+2m2-2=0,

則有Δ=16m2-12(2m2-2)>0,即m2<3,又x1+x2=-4m3,x1x2=2m2-23,

∴y1y2=(x1+m)(x2+m)=x1x2+m(x1+x2)+m2=2m2-23-4m23+m2=m2-23.

又F為△MPQ的垂心,連結(jié)PF,則PF⊥MQ,∴PF·MQ=0,

又PF=(1-x1,-y1),MQ=(x2,y2-1),

∴PF·MQ=x2+y1-x1x2-y1y2=x2+x1+m-x1x2-y1y2=-43m+m-2m2-23-m2-23=-m2-m3+43=-13(3m2+m-4)=-13(3m+4)(m-1)=0,

∴m=-43或m=1(舍去),

經(jīng)檢驗m=-43符合條件,

∴存在滿足條件的直線l,其方程為3x-3y-4=0.

評注:由于平面向量的坐標(biāo)運算與解析幾何“一脈相承”,向量法成了破解解析幾何問題的重要方法之一.本例既體現(xiàn)了平面向量與解析幾何的“交匯性”,又體現(xiàn)了平面向量的“工具性”.

(作者:顧永建,江蘇省石莊高級中學(xué))endprint

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