1、5.4平面向量的综合应用平面向量的综合应用 最新考纲考情考向分析 1.会用向量方法解决某些简单的平面几 何问题 2.会用向量方法解决简单的力学问题及 其他一些实际问题. 主要考查平面向量与函数、三角函数、不等式、数 列、解析几何等综合性问题,求参数范围、最值等 问题是考查的热点,一般以选择题、填空题的形式 出现,偶尔会出现在解答题中,属于中档题. 1向量在平面几何中的应用 (1)用向量解决常见平面几何问题的技巧: 问题类型所用知识公式表示 线平行、点共线等问题共线向量定理 ababx1y2x2y10, 其中 a(x1,y1),b(x2,y2),b0 垂直问题数量积的运算性质 abab0 x1x
2、2y1y20, 其中 a(x1,y1),b(x2,y2),且 a,b 为 非零向量 夹角问题数量积的定义 cos ab |a|b|(为向量 a, b 的夹角), 其中 a, b 为非零向量 长度问题数量积的定义 |a| a2 x2y2,其中 a(x,y),a 为 非零向量 (2)用向量方法解决平面几何问题的步骤: 平面几何问题 设向量 向量问题 运算 解决向量问题 还原 解决几何问题 2向量在解析几何中的应用 向量在解析几何中的应用,是以解析几何中的坐标为背景的一种向量描述它主要强调向量 的坐标问题,进而利用直线和圆锥曲线的位置关系的相关知识来解答,坐标的运算是考查的 主体 3平面向量在物理中
3、的应用 (1)由于物理学中的力、速度、位移都是矢量,它们的分解与合成与向量的加法和减法相似, 可以用向量的知识来解决 (2)物理学中的功是一个标量,是力 F 与位移 s 的数量积,即 WFs|F|s|cos (为 F 与 s 的夹角) 4向量与相关知识的交汇 平面向量作为一种工具,常与函数(三角函数)、解析几何结合,常通过向量的线性运算与数 量积,向量的共线与垂直求解相关问题 知识拓展 1若 G 是ABC 的重心,则GA GB GC 0. 2若直线 l 的方程为 AxByC0,则向量(A,B)与直线 l 垂直,向量(B,A)与直线 l 平行 题组一思考辨析 1判断下列结论是否正确(请在括号中打
4、“”或“”) (1)若AB AC,则 A,B,C 三点共线( ) (2)在ABC 中,若AB BC0),则其准线方程为 xp 2. 曲线 E 的方程可化为(x3)2(y2)216, 则有3p 24, 解得p2, 所以抛物线M的方程为y 24x, F(1,0) 设A y20 4 ,y0 , 则OA y20 4 ,y0 , AF 1y 2 0 4 ,y0 ,所以OA AF y20 4 1y 2 0 4 y204,解得 y02.所以点 A 的坐标为(1,2) 或(1,2) 题型一题型一向量在平面几何中的应用向量在平面几何中的应用 典例 (1)在平行四边形 ABCD 中,AD1,BAD60,E 为 C
5、D 的中点若AC BE1,则 AB_. 答案 1 2 解析在平行四边形 ABCD 中,取 AB 的中点 F, 则BE FD ,BE FD AD 1 2AB , 又AC AD AB , AC BE (AD AB )AD 1 2AB AD 21 2AD AB AD AB 1 2AB 2 |AD |21 2|AD |AB |cos 601 2|AB |2 11 2 1 2|AB |1 2|AB |21. 1 2|AB | |AB |0,又|AB|0,|AB|1 2. (2)已知 O 是平面上的一定点,A,B,C 是平面上不共线的三个动点,若动点 P 满足OP OA (AB AC),(0,),则点 P
6、 的轨迹一定通过ABC 的( ) A内心B外心C重心D垂心 答案C 解析由原等式, 得OP OA(ABAC), 即AP(ABAC), 根据平行四边形法则, 知ABAC是 ABC的中线AD(D为BC的中点)所对应向量AD 的2倍,所以点P的轨迹必过ABC的重心 引申探究 本例(2)中,若动点 P 满足OP OA AB |AB | AC |AC | ,(0,),则点 P 的轨迹一定通过 ABC 的_ 答案内心 解析由条件,得OP OA AB |AB | AC |AC | ,即AP AB |AB | AC |AC | ,而 AB |AB |和 AC |AC |分别表示平行 于AB , AC的单位向量
7、, 故AB |AB | AC |AC |平分BAC, 即AP 平分BAC, 所以点 P 的轨迹必过ABC 的内心 思维升华 向量与平面几何综合问题的解法 (1)坐标法 把几何图形放在适当的坐标系中,则有关点与向量就可以用坐标表示,这样就能进行相应的 代数运算和向量运算,从而使问题得到解决 (2)基向量法 适当选取一组基底,沟通向量之间的联系,利用向量间的关系构造关于未知量的方程进行求解 跟踪训练 (1)在ABC 中, 已知向量AB 与AC 满足 AB |AB | AC |AC | BC 0, 且AB |AB | AC |AC | 1 2, 则ABC 为() A等边三角形 B直角三角形 C等腰非
8、等边三角形 D三边均不相等的三角形 答案A 解析 AB |AB |, AC |AC |分别为平行于AB , AC 的单位向量, 由平行四边形法则可知 AB |AB | AC |AC |为BAC 的平分线因为 AB |AB | AC |AC | BC 0,所以BAC 的平分线垂直于 BC,所以 ABAC. 又 AB |AB | AC |AC | AB |AB | AC |AC |cosBAC1 2,所以 cosBAC 1 2,又 0BAC,故BAC 3, 所以ABC 为等边三角形 (2)(2017湖南长沙长郡中学临考冲刺训练)如图,在平行四边形 ABCD 中,AB1,AD2, 点 E,F,G,H
9、 分别是 AB,BC,CD,AD 边上的中点,则EF FG GH HE 等于() A.3 2 B3 2 C.3 4 D3 4 答案A 解析取 HF 中点 O, 则EF FG EF EH EO 2OH2 1 1 2 23 4, GH HE GH GF GO 2OH 2 1 1 2 23 4, 因此EF FG GH HE 3 2,故选 A. 题型二题型二向量在解析几何中的应用向量在解析几何中的应用 典例 (1)已知向量OA (k,12),OB (4,5),OC (10,k),且 A,B,C 三点共线,当 k0 时, 若 k 为直线的斜率,则过点(2,1)的直线方程为_ 答案2xy30 解析AB O
10、B OA (4k,7), BC OC OB (6,k5),且AB BC, (4k)(k5)670, 解得 k2 或 k11. 由 k0. 所以 cos B 2 2 ,又 B(0,),所以 B 4. (2)因为|BA BC| 6,所以|CA| 6. 即 b 6,根据余弦定理及基本不等式,得 6a2c2 2ac2ac 2ac(2 2)ac(当且仅当 ac 时取等号),即 ac3(2 2), 故ABC 的面积 S1 2acsin B 3 21 2 , 即ABC 的面积的最大值为3 23 2 . 13 已知 O 是平面上的一定点, A, B, C 是平面上不共线的三个动点, 若动点 P 满足OP OA
11、 AB |AB |cos B AC |AC |cos C , (0,),则() A动点 P 的轨迹一定通过ABC 的重心 B动点 P 的轨迹一定通过ABC 的内心 C动点 P 的轨迹一定通过ABC 的外心 D动点 P 的轨迹一定通过ABC 的垂心 答案D 解析由条件,得AP AB |AB |cos B AC |AC |cos C , 从而AP BC AB BC |AB |cos B AC BC |AC |cos C |AB |BC|cos180B |AB |cos B |AC |BC|cos C |AC |cos C 0, 所以AP BC,则动点 P 的轨迹一定通过ABC 的垂心 14已知圆
12、C:(x2)2y24,圆 M:(x25cos )2(y5sin )21(R),过圆 M 上任 意一点 P 作圆 C 的两条切线 PE,PF,切点分别为 E,F,则PE PF的最小值是_ 答案6 解析圆(x2)2y24 的圆心 C(2,0),半径为 2, 圆 M(x25cos )2(y5sin )21,圆心 M(25cos ,5sin ),半径为 1, CM521,故两圆外离 如图所示,设直线 CM 和圆 M 交于 H,G 两点, 则PE PF的最小值是HE HF ,HCCM1514,HFHE HC2CE2 1642 3, sinCHECE CH 1 2, cosEHFcos 2CHE12sin
13、2CHE1 2, HE HF |HE |HF |cosEHF 2 32 31 26. PE PF的最小值是 6. 15(2018大庆一模)已知共面向量 a,b,c 满足|a|3,bc2a,且|b|bc|.若对每一个 确定的向量 b,记|bta|(tR)的最小值为 dmin,则当 b 变化时,dmin的最大值为() A.4 3 B2 C4D6 答案B 解析 固定向量 a(3,0),则 b,c 向量分别在以(3,0)为圆心,r 为半径的圆上的直径两端运动,其 中,OA a,OB b,OC c,如图,易得点 B 的坐标 B(rcos 3,rsin ), 因为|b|bc|, 所以 OBBC,即(rco
14、s 3)2r2sin24r2, 整理为 r22rcos 30,可得 cos r 23 2r , 而|bta|(tR)的最小值为 dmin, 即 dminrsin r410r29 4 4r 252 4 2, 所以 dmin的最大值是 2,故选 B. 16(2017全国)在矩形 ABCD 中,AB1,AD2,动点 P 在以点 C 为圆心且与 BD 相切 的圆上若AP ABAD ,则的最大值为() A3B2 2C. 5D2 答案A 解析建立如图所示的直角坐标系,则 C 点坐标为(2,1) 设 BD 与圆 C 切于点 E,连接 CE,则 CEBD. CD1,BC2, BD 1222 5, ECBCCD BD 2 5 2 5 5 , 即圆 C 的半径为2 5 5 , P 点的轨迹方程为(x2)2(y1)24 5. 设 P(x0,y0),则 x022 5 5 cos , y012 5 5 sin (为参数), 而AP (x 0,y0),AB (0,1),AD (2,0) AP ABAD (0,1)(2,0)(2,), 1 2x 01 5 5 cos ,y012 5 5 sin . 两式相加,得 12 5 5 sin 1 5 5 cos 2sin()3 其中 sin 5 5 ,cos 2 5 5, 当且仅当 22k,kZ 时,取得最大值 3. 故选 A.