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向量的運算與三角形“五心”的交匯

2020-11-30 09:12:01趙方方
關(guān)鍵詞:單位向量五心平分線

向量,既有“數(shù)”的抽象,又有“形”的直觀,是溝通代數(shù)與幾何的橋梁.向量的運算是平面向量這一章的重點內(nèi)容,包含兩個層面:一是非坐標(biāo)下的運算,二是坐標(biāo)下的運算.在非坐標(biāo)運算中,主要遵循“基向量”的思想,從向量加法、減法和數(shù)乘的原始定義出發(fā).

在三角形中,有一些點是比較重要的,比如三角形的“五心”,即外心、內(nèi)心、重心、垂心和旁心.下面我們先把這些點敘述一下.

1.外心:三角形三邊中垂線的交點,也就是三角形外接圓的圓心;

2.內(nèi)心:三角形三條內(nèi)角平分線的交點,也就是三角形內(nèi)切圓的圓心;

3.重心:三角形三條中線的交點;

4.垂心:三角形三條高線的交點;

5.旁心:三角形一個內(nèi)角的平分線和其他兩個內(nèi)角的外角平分線的交點,也就是三角形旁切圓的圓心.

以下各題在:內(nèi)心,外心,重心,垂心,旁心中選填

題1:已知O為△ABC所在平面內(nèi)的一定點,動點P使OP=OA+λ(AB+AC),則動點P的軌跡一定通過△ABC的.

點撥:條件中涉及的點有:O,P,A,B,C;涉及到的運算有:共起點的兩個向量相加,向量的數(shù)乘.對等式作移項處理后,涉及到共起點的兩個向量相減,至此,等式中涉及到的點由5個減少到4個.

解:取BC的中點D,由OP=OA+λ(AB+AC)得:AP=λ(AB+AC)=2λAD.說明A、P、D三點共線,又AD為△ABC的中線,點P在△ABC的中線所在的直線上,故動點P的軌跡一定通過△ABC的重心.

題2:已知O是平面上一定點,A、B、C是平面上不共線的三個點,動點P滿足OP=OA+λ(AB|AB|+AC|AC|),則P的軌跡一定通過△ABC的.

解:AB|AB|是AB方向上的單位向量,AC|AC|是AC方向上的單位向量,根據(jù)平行四邊形法則,點P在△ABC的角平分線所在的直線上,動點P的軌跡一定通過△ABC的內(nèi)心.

評注:題1、題2考查最基本的向量的線性運算,所涉及的知識點也比較單一,需要熟練掌握向量加法的平行四邊形法則和向量減法法則:平移到同一起點、指向被減向量.

題3:研究類似條件OP=OA+λ(AB|AB|-AC|AC|)的結(jié)論.

點撥:根據(jù)前兩問的經(jīng)驗,AP=λ(AB|AB|-AC|AC|),等式右邊如果不作處理,是共起點的兩個單位向量相減.因此,可以先作一個簡單處理:減去一個向量相當(dāng)于加上這個向量的相反向量.

解:AB|AB|―AC|AC|=AB|AB|+CA|CA|,它是以單位向量AB|AB|和CA|CA|為兩條鄰邊的菱形的對角線,即∠BAC的外角平分線,因此P為△ABC的外角平分線上的一點,動點P的軌跡一定通過△ABC的旁心.

題4:研究類似條件OP=OA+λ(ABsinC+ACsinB)的結(jié)論.

點撥:本題向量與三角相結(jié)合,考查的內(nèi)容不單一,結(jié)合正弦定理處理.

解:由sinC=|AB|2R,sinB=|AC|2R,條件轉(zhuǎn)化為題2,即AP=2Rλ(AB|AB|+AC|AC|),因此動點P的軌跡一定通過△ABC的內(nèi)心.

題5:研究類似條件OP=OA+λ(AB|AB|sinB+AC|AC|sinC)的結(jié)論.

解:由正弦定理:|AB|·sinB=|AC|·sinC,故OP=OA+λ(AB|AB|sinB+AC|AC|sinC)=OA+λ|AB|sinB(AB+AC),由題1知,動點P的軌跡一定通過△ABC的重心.

評注:題3、題4、題5,相比于題1、題2,思維深度更進一步,需要靈活轉(zhuǎn)化,巧妙結(jié)合正弦定理,但是方法還是題1和題2的方法.因此,在數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)過程中,一定要關(guān)注通性、通法的領(lǐng)悟.

題6:研究類似條件OP=OA+λ(AB|AB|cosB+AC|AC|cosC)的結(jié)論.

解:根據(jù)前幾題的解題經(jīng)驗,我們知道AB|AB|cosB+AC|AC|cosC應(yīng)該是一個向量,而最終點P的軌跡主要是取決于這個向量的特點.關(guān)鍵是分母上的cosB和cosC,那么向量的哪一個公式中會出現(xiàn)余弦值呢?自然是數(shù)量積.只要把向量AB和AC都點乘BC,cosB和cosC自然就出來了:

(AB|AB|cosB+AC|AC|cosC)·BC=|AB|·|BC|cos(π-B)|AB|cosB+|AC|·|BC|cosC|AC|cosC=―|BC|+|BC|=0,

即AB|AB|cosB+AC|AC|cosC是與BC垂直的,所以動點P的軌跡一定通過△ABC的垂心.

題7:研究類似條件OP=OB+OC2+λ(AB|AB|cosB+AC|AC|cosC)的結(jié)論.

解:由條件知2OP―OB―OC=BP+CP=2λ(AB|AB|cosB+AC|AC|cosC),由題6可知BP+CP垂直于BC,取BC的中點D,即PD垂直于BC,所以動點P的軌跡一定通過△ABC的外心.

評注:題6和題7的條件結(jié)構(gòu)與前面類似,但是綜合考查了線性運算和數(shù)量積,有一定的難度,對思維的要求也逐漸提高.在考查通性通法的同時,突出考查思維能力、分析能力和解決問題的能力.因此在平時的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)中,不能僅僅滿足于課本知識的簡單呈現(xiàn),要注重培養(yǎng)解題能力,提高思維能力和創(chuàng)新能力.

(作者:趙方方,江蘇省天一中學(xué))

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