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1、实用标准 文案大全 7 向量应用举例 71 点到直线的距离公式 72 向量的应用举例 学习目标 1. 了解直线法向量的概念.2. 会用向量方法解决某些简单的平面几何问题、力学 问题及一些实际问题.3. 进一步体会向量是一种处理几何问题、物理问题等的工具 知识链接 1向量可以解决哪些常见的几何问题？ 答(1) 解决直线平行、垂直、线段相等、三点共线、三线共点等位置关系 (2) 解决有关夹角、长度及参数的值等的计算或度量问题 2用向量方法解决平面几何问题的“三步曲”是怎样的？ 答(1) 建立平面几何与向量的联系，用向量表示问题中涉及的几何元素，将平面几何问题转 化为向量问题； (2) 通过向量运算
2、，研究几何元素之间的关系，距离，夹角等问题； (3) 把运算结果“翻译”成几何关系 预习导引 1直线的法向量 (1) 直线ykxb的方向向量为(1，k) ，法向量为 (k， 1) (2) 直线AxByC0(A 2 B 20) 的方向向量为 ( B，A)，法向量为 (A，B) 2点到直线的距离公式 设点M(x0，y0) 为平面上任一定点，则点M到直线AxByC 0(A 2 B 2 0) 的距离d |Ax0By0C| A 2 B 2 . 3向量方法在几何中的应用 (1) 证明线段平行问题，包括相似问题，常用向量平行( 共线 )的等价条件：ab(b0) ?a b?x1y2x2y10. (2) 证明垂
3、直问题， 如证明四边形是矩形、正方形等， 常用向量垂直的等价条件：非零向量a， b，ab?ab0?x1x2y1y20. (3) 求夹角问题，往往利用向量的夹角公式cos ab |a|b| x1x2y1y2 x 2 1y 2 1x 2 2y 2 2 . 实用标准 文案大全 (4) 求线段的长度或证明线段相等，可以利用向量的线性运算、向量模的公式： |a| x 2 y 2. 4向量方法在物理中的应用 (1) 力、速度、加速度、位移都是向量 (2) 力、速度、加速度、位移的合成与分解就是向量的加、减运算，运动的叠加亦用到向量的 合成 (3) 动量m v是数乘向量 (4) 功即是力F与所产生位移s的数
4、量积 要点一直线法向量 ( 或方向向量 ) 的应用 例 1 已知ABC的三顶点A(0 ，4) ，B(4,0) ，C( 6,2) ，点D、E、F分别为边BC、CA、AB 的中点 (1) 求直线DE、EF、FD的方程； (2) 求AB边上的高线CH所在的直线方程 解(1) 由已知得点D( 1,1) ，E( 3， 1) ，F(2 ， 2)设点M(x，y) 是直线DE上任一点， 则DM DE ，DM (x1，y1) ，DE ( 2， 2) ， ( 2) (x 1) ( 2)(y1)0，即x y2 0 为直线DE的方程 同理可求，直线EF、FD的方程分别为x5y80，xy0. (2) 设点N(x，y)
5、是CH所在的直线上任一点，则CN AB ，CN AB 0， CN (x6，y 2)，AB (4,4) ， 4(x6) 4(y2) 0，即xy40 为所求直线CH所在的直线方程 规律方法对于解析几何中的有关直线平行与垂直问题，常常可以转而考虑与直线相关的向 量的共线与垂直，这样一来将形的问题转化为相关数的问题，从而容易将问题解决 跟踪演练1 求点P0( 1,2) 到直线l： 2xy 100 的距离 解方法一取直线l的一个法向量为n (2,1) ， 在直线l上任取一点P(5,0) ，PP 0( 6,2) ， 点到直线l的距离d就是PP 0在法向量n上的射影 设PP 0与n的夹角为. d|PP 0|
6、cos | |PP 0| |PP 0n| |PP 0| |n| |PP 0n| |n| 122 5 25. 实用标准 文案大全 故点P0到直线l的距离为 25. 方法二由点到直线的距离公式得 d |Ax0By0C| A 2 B 2 |211210| 5 25. 要点二向量在平面几何中的应用 例 2 如图，已知RtOAB中，AOB90，OA3，OB2，M在OB上，且OM1，N在OA 上，且ON1，P为AM与BN的交点，求MPN. 解设OA a，OB b，且AM ，BN 的夹角为，则OM 1 2b，ON 1 3a， 又AM OM OA 1 2b a，BN ON OB 1 3a b， AM BN 1
7、 2b a 1 3a b 5， |AM | 10，|BN | 5， cos 5 510 2 2 ， 又 0 ， ， 3 4 ， 又MPN即为向量AM ，BN 的夹角， MPN 3 4 . 规律方法(1) 本题可以选择OA ，OB 作为基向量， 这是两个互相垂直的向量，选用这组特殊的 基向量可以简化运算 (2) 本题也可以建立平面直角坐标系进行求解把平面几何中求角的问题转化为向量的夹角问 题是平面向量的工具性体现之一，转化时一定要注意向量的方向 跟踪演练2 已知ABC中，BAC60，AB4，AC3，求BC的长 解以A为原点建立如图所示平面直角坐标系，则A(0,0) ，B(4cos 60， 4si
8、n 60) ，C(3,0) ， 实用标准 文案大全 AC (3,0)，AB (2 ，2 3) ， BC AC AB (1， 23) ， |BC | 1()23 2 13. 要点三利用向量解决物理中的问题 例 3 在风速为75(62) km/h的西风中，飞机以150 km/h 的航速向西北方向飞行，求 没有风时飞机的航速和航向 解设向量a表示风速，b表示无风时飞机的航行速度，c表示有风时飞机的航行速度，则c ab. 如图，作向量OA a，OB b，OC c，则四边形OACB为平行四边形 过C、B分别作OA的垂线，交AO的延长线于D、E点 由已知， |OA | 75(62) ，|OC | 150，
9、COD45. 在 RtCOD中，ODOCcos 45 752，CD752. 又EDBCOA75(62) ， OEODED756. 又BECD752. 在 RtOEB中，OBOE 2 BE 2150 2， sin BOE BE OB 1 2， | OB | 1502，BOE30. 故没有风时飞机的航速为1502 km/h ，航向为西偏北30. 规律方法用向量的有关知识研究物理中有关力与速度等问题的基本思路和方法如下： (1) 认真分析物理现象，深刻把握物理量之间的相互关系； (2) 通过抽象、概括，把物理现象转化为与之相关的向量问题； (3) 利用向量知识解决这个向量问题，并获得这个向量问题的解
10、； (4) 利用这个结果，对原物理现象作出解释 跟踪演练3 如图，在细绳O处用水平力F2缓慢拉起所受重力为G的物体，绳子与铅垂方向 的夹角为，绳子所受到的拉力为F1. 实用标准 文案大全 (1) 求|F1| ，|F2| 随角的变化而变化的情况； (2) 当|F1| 2|G| 时，求角的取值范围 解(1) 如图，由力的平衡及向量加法的平行四边形法则，得|F1| |G| cos ， | F2| |G|tan . 当从 0趋向于90时， |F1| ，|F2| 都逐渐变大 (2) 由(1) ，得 |F1| |G| cos ， 由|F1| 2|G| ，得 cos 1 2. 又因为 090，所以060.
11、1 已知直线l1： 3xy20与直线l2：mxy1 0的夹角为 45， 则实数m的值为 _ 答案2 或 1 2 解析设直线l1，l2的法向量为n1，n2， 则n1 (3,1) ，n2(m， 1) 由题意 cos 45 |n1n2| |n1| |n2| |3m1| 101m 2 2 2 . 整理得 2m 23m 20，解得m2 或m 1 2. 2已知A(1,2) ，B( 2,1) ，以AB为直径的圆的方程是_ 答案x 2 y 2 x3y 0 解析设P(x，y) 为圆上任一点，则 AP (x 1，y2) ，BP (x2，y1) ， 由AP BP (x1)(x 2)(y2)(y 1) 0， 化简得x
12、 2 y 2 x3y0. 3正方形OABC的边长为1，点D、E分别为AB、BC的中点，试求cosDOE的值 实用标准 文案大全 解以OA，OC所在直线为坐标轴建立直角坐标系，如图所示，由题意知： OD 1， 1 2 ，OE 1 2，1 ， 故 cosDOE OD OE |OD | | OE | 11 2 1 21 5 2 5 2 4 5. 即 cosDOE的值为 4 5. 4一艘船从南岸出发，向北岸横渡根据测量，这一天水流速度为3 km/h ，方向正东，风 的方向为北偏西30，受风力影响，静水中船的漂行速度为3 km/h，若要使该船由南向北沿 垂直于河岸的方向以23 km/h 的速度横渡，求船
13、本身的速度大小及方向 解如图，设水的速度为v1， 风的速度为v2，v1v2a. 易求得a的方向是北偏东30， a的大小是3 km/h. 设船的实际航行速度为v. 方向由南向北，大小为23 km/h ， 船本身的速度为v3，则av3v， 即v3va，数形结合知v3的方向是北偏西60， 大小是 3 km/h. 1. 利用向量方法可以解决平面几何中的平行、垂直、夹角、距离等问题利用向量解决平面 几何问题时，有两种思路：一种思路是选择一组基底，利用基向量表示涉及的向量；一种思 路是建立坐标系，求出题目中涉及到的向量的坐标这两种思路都是通过向量的计算获得几 实用标准 文案大全 何命题的证明 2. 用向量
14、理论讨论物理中相关问题的步骤 一般来说分为四步：(1) 问题的转化，把物理问题转化成数学问题；(2) 模型的建立，建立以 向量为主体的数学模型；(3) 参数的获取，求出数学模型的相关解；(4) 得到答案，回到物理 现象中，用已经获取的数值去解释一些物理现象 一、基础达标 1已知A，B，C，D四点坐标分别是(1,0)，(4,3)，(2,4) ，(0,2) ，则此四边形为( ) A梯形B菱形 C矩形D正方形 答案A 解析AB (3,3) ，DC (2,2)，AB DC ，|AB | |DC | ，四边形为梯形 2当两人提起重量为|G| 的旅行包时，夹角为，两人用力都为|F| ，若 |F| |G|
15、，则的 值为 ( ) A30B60 C90D120 答案D 解析作OA F1，OB F2，OC G，则OC OA OB ，当 |F1| |F2| |G| 时，OAC为正三角 形，AOC 60，从而AOB120. 3平面上有四个互异点A、B、C、D，已知 (DB DC 2DA ) (AB AC ) 0，则 ABC的形状是 ( ) A直角三角形B等腰三角形 C等腰直角三角形D无法确定 答案B 解析由 (DB DC 2DA ) (AB AC ) 0， 得(DB DA ) (DC DA ) (AB AC ) 0， 所以 (AB AC ) (AB AC ) 0. 所以 |AB |2| AC | 20，
16、| AB | |AC | ， 故ABC是等腰三角形 4已知直线l1的方向向量为a(1,3)，直线l2的方向向量为b( 1，k) ，若直线l2过点 实用标准 文案大全 (0,5) ，且l1l2，则直线l2的方程是 ( ) Ax3y5 0 Bx 3y150 Cx3y5 0 Dx 3y150 答案B 解析l1l2，ab，ab 13k0， k1 3， l2的方程为y 1 3x5，即 x3y150. 故选 B. 5过点A( 2,1) 且平行于向量a(3,1)的直线方程为 _ 答案x3y 50 解析设P(x，y) 是所求直线上的任一点， AP (x 2，y1) AP a. (x2) 13(y1) 0. 即
17、所求直线方程为x3y 50. 6已知点A( 1,2) ，B(0， 2)，若点D在线段AB上，且 2|AD | 3|BD | ，则点 D的坐标为 _ 答案 2 5， 2 5 解 析由 题 意 得OD OA AD OA 3 5 AB ( 1,2) 3 5 (1 ， 4) 2 5， 2 5 ， 所 以 D 2 5， 2 5 . 7如图，点O是 ?ABCD的对角线AC，BD的交点，E，F分别在边CD，AB上，且 CE ED AF FB 1 2. 求证：点E，O，F在同一直线上 证明设AB a，AD b， 由E，F分别为对应边的三等分点，得 FO FA AO 1 3a 1 2AC 1 3a 1 2( a
18、b) 1 6a 1 2b， 实用标准 文案大全 OE OC CE 1 2AC 1 3CD 1 2( ab) 1 3a 1 6a 1 2b. 所以FO OE . 又因为O为其公共点，所以点E，O，F在同一直线上 二、能力提升 8已知直线l1：(m2)x3my10 与直线l2：(m2)x(m2)y30 相互垂直，则实 数m的值是 ( ) A 2 B. 1 2 C 2 或 1 2 D 1 2或 2 答案C 解析(m2)(m2) 3m(m2)(m 2)(4m 2) 0. m 2 或 1 2. 9在四边形ABCD中，AC (1,2)，BD ( 4,2) ，则四边形的面积为( ) A.5 B25 C5 D
19、10 答案C 解因为在四边形ABCD中，AC (1,2) ，BD ( 4,2) ，AC BD 0， 所以四边形ABCD的对角线互相垂直， 又|AC | 1 2 22 5， |BD | 4 2222 5， 该四边形的面积： 1 2| AC | |BD | 1 2 5 255. 10已知曲线C：x4y 2，直线 l：x 6. 若对于点A(m,0) ，存在C上的点P和l上的 点Q使得AP AQ 0，则m的取值范围为_ 答案2,3 解析由AP AQ 0 知A是PQ的中点， 设P(x，y) ，则Q(2mx，y) ，由题意 2x 0,2m x6，解得 2m3. 11如图所示，已知力F与水平方向的夹角为30
20、( 斜向上 ) ，大小为 50 N，一个质量为8 kg 实用标准 文案大全 的木块受力F的作用在动摩擦因数0.02 的水平平面上运动了20 m问力F和摩擦力f 所做的功分别为多少？(g10 m/s 2 ) 解设木块的位移为s，则WFs|F| |s|cos 30 50 20 3 2 5003(J) F在竖直方向上的分力的大小为|F1| |F| sin 30 50 1 2 25(N) 则f(mg|F1|) 0.02 (8 1025) 1.1(N) 所以fs|f| |s|cos 180 1.1 20( 1) 22(J) 即F与f所做的功分别是5003 J 与 22 J. 12在ABC中，ABAC，D
21、为AB的中点，E为ACD的重心，F为ABC的外心，证明：EF CD. 证明建立如图所示的平面直角坐标系 设A(0，b) ，B( a,0) ，C(a,0) ， 则D( a 2， b 2) ， CD ( 3 2a， b 2) 易知ABC的外心F在y轴上，可设为(0 ，y) 由|AF | |CF | ，得 (yb) 2a2 y 2， 所以y b 2 a 2 2b ，即F(0 ， b 2 a 2 2b ) 由重心坐标公式，得E( a 6， b 2) ， 所以EF ( a 6， a 2 2b) 所以CD EF ( 3 2a) ( a 6) b 2( a 2 2b) 0， 所以CD EF ，即EFCD.
22、三、探究与创新 实用标准 文案大全 13如图，在 ?ABCD中，点E、F分别是AD、DC边的中点，BE、BF分别与AC交于R、T两点 求证：ARRTTC. 证明设AB a，AD b，AR r， 则AC ab. 由于AR AC ， 所以设rn(ab) ，nR. 又EB AB AE a 1 2b， ER EB ，故设ER mEB ma 1 2b . AR AE ER ，r 1 2b ma 1 2b . 所以n(ab) 1 2b ma 1 2b ， 即(nm)a n m1 2 b0. 由于a与b不共线，故必有 nm0， n m1 2 0， 解得mn 1 3， AR 1 3AC ， 同理TC 1 3AC ，于是RT 1 3AC . ARRTTC.