平面向量
知识点归纳
一.向量的基本概念与基本运算 1、向量的概念:
①向量:既有大小又有方向的量 向量不能比较大小,但向量的模可以比较大小.
②零向量:长度为0的向量,记为0 ,其方向是任意的,0
与任意向量平行 ③单位向量:模为1个单位长度的向量 ④平行向量(共线向量):方向相同或相反的非零向量 ⑤相等向量:长度相等且方向相同的向量
2、向量加法:设,AB a BC b u u u r u u u r r r ,则a +b r =AB BC u u u
r u u u r =AC u u u r
(1)a a a 00;(2)向量加法满足交换律与结合律; AB BC CD PQ QR AR u u u r u u u r u u u r u u u r u u u r u u u r
L ,但这时必须“首尾相连”.
3、向量的减法: ① 相反向量:与a 长度相等、方向相反的向量,叫做a
的相反向量
②向量减法:向量a 加上b 的相反向量叫做a 与b 的差,③作图法:b a 可以表示为从b 的终点指向a
的终点
的向量(a 、b
有共同起点)
4、实数与向量的积:实数λ与向量a 的积是一个向量,记作λa
,它的长度与方向规定如下:
(Ⅰ)a a
; (Ⅱ)当0 时,λa 的方向与a 的方向相同;当0 时,λa 的方向与a 的方向
相反;当0 时,0
a ,方向是任意的
5、两个向量共线定理:向量b 与非零向量a
共线 有且只有一个实数 ,使得b =a
6、平面向量的基本定理:如果21,e e 是一个平面内的两个不共线向量,那么对这一平面内的任一向量a
,有且只
有一对实数21, 使:2211e e a ,其中不共线的向量21,e e
叫做表示这一平面内所有向量的一组基底
二.平面向量的坐标表示
1平面向量的坐标表示:平面内的任一向量a r 可表示成a xi yj r r
r
,记作a r
=(x,y)。 2平面向量的坐标运算:
(1) 若 1122,,,a x y b x y r r ,则 1212,a b x x y y r
r
(2) 若 2211,,,y x B y x A ,则 2121,AB x x y y u u u r
(3) 若a r =(x,y),则 a r
=( x, y)
(4) 若 1122,,,a x y b x y r r ,则1221//0a b x y x y r
r
(5) 若 1122,,,a x y b x y r r ,则1212a b x x y y r
r
若a b r
r ,则02121 y y x x
三.平面向量的数量积
1两个向量的数量积:
已知两个非零向量a r 与b r ,它们的夹角为 ,则a r ·b r =︱a r
︱·︱b r ︱cos
叫做a r
与b r 的数量积(或内积) 规定00a r r
2向量的投影:︱b r ︱cos =||a b
a r r r ∈R ,称为向量
b r 在a r 方向上的投影投影的绝对值称为射影
3数量积的几何意义: a r ·b r 等于a r
的长度与b r 在a r 方向上的投影的乘积
4向量的模与平方的关系:22
||a a a a r r r r
5乘法公式成立:
2
222a b a b a b a b r r r r r r r r ;
2222a b a a b b r r r r r r 222a a b b r r r r
6平面向量数量积的运算律:
①交换律成立:a b b a r r r r
②对实数的结合律成立:
a b a b a b R r r r r r r
③分配律成立:
a b c a c b c r r r r r r r c a b r
r r
特别注意:(1)结合律不成立:
a b c a b c r r r r r r
;
(2)消去律不成立a b a c r r r r
不能得到b c r r
(3)a b r r =0不能得到a r =0r 或b r =0r
7两个向量的数量积的坐标运算:
已知两个向量1122(,),(,)a x y b x y r r ,则a r ·b r
=121x x y y
8向量的夹角:已知两个非零向量a r 与b r ,作OA u u u r =a r , OB uuu r =b ,则∠AOB= (0
01800 )叫做向量a r 与b r 的
夹角
cos =cos ,a b
a b a b ? ?r r r r r r
当且仅当两个非零向量a r 与b r 同方向时,θ=00,当且仅当a r 与b r 反方向时θ=1800,同时0r 与其它任何非零向量
之间不谈夹角这一问题
9垂直:如果a r 与b r 的夹角为900
则称a r 与b r 垂直,记作a r ⊥b r
10两个非零向量垂直的充要条件:
a ⊥
b a ·b
=O 2121 y y x x 平面向量数量积的性质
空间向量与立体几何 1、空间向量及其运算:
(1)空间中的平行(共线)条件:
//0,a b b x R a xb r r r r r r
(2)空间中的共面条件:,,a b c r r r 共面(,b c r r 不共线),,x y R a xb yc r r r
推论:对于空间任一点O 和不共线三点A 、B 、C ,OP xOA yOB zOC u u u r u u u r u u u r u u u r
1x y z ,则四点O 、A 、B 、C 共面
(3)空间向量分解定理:如果三个向量,,a b c r r r 不共面,那么对空间任一向量p xa yb zc u r r r r
(4)空间向量的加、减、数乘、数量积定义及运算
若 111222,,,,,a x y z b x y z r r ,则: 121212,,a b x x y y z z r r
111,,a x y z r 121212a b x x y y z z r r
注1:数量积不满足结合律; 注2:空间中的基底要求不共面。
2、空间向量在立体几何证明中的应用:
(1)证明//AB CD ,即证明//AB CD u u u r u u u r
(2)证明AB CD ,即证明0AB CD u u u r u u u r
(3)证明//AB (平面)(或在面内),即证明AB u u u r 垂直于平面的法向量或证明AB u u u r
与平面内的基底共面;
(4)证明AB ,即证明AB u u u r 平行于平面的法向量或证明AB u u u r
垂直于平面内的两条相交的直线所对应的向量; (5)证明两平面// (或两面重合),即证明两平面的法向量平行或一个面的法向量垂直于另一个平面; (6)证明两平面 ,即证明两平面的法向量垂直或一个面的法向量在内一个面内。
面的法向量)
点A 到平面 的距离(n
r
为平面的法向量)
AB n
d n
u u u r r
r (其中点B 为平面内任意一点)
直线AC 平面
(//AC )的距离 转化为点A 到平面 的距离
平面 与平面 (// )的距离(n r
为平面的法向量)
转化为平面 内的点到平面 的距离
异面直线AB 和CD 的距
离(n r
为既垂直于AB 也垂直于CD 的向量)
AC n d n
u u u r r r (AC u u u r 可以用AD u u u r ,BC uuu r ,BD u u u r ,即两直线上分别取一点)
空间两点P ,Q 的距离
坐标形式下:两点间距离公式
基底形式下:若PQ uuu r 表示成123xe ye ze r r r
,则可以得到:
2123PQ xe ye ze u u u r r r r
平面向量真题集训
2004年
(9)已知平面上直线l 的方向向量)5
3
,54(
e
,点O (0,0)和A (1,-2)在l 上的射影分别是O 1和A 1,则11A O = e ,其中 =( ) (A )
511 (B )-5
11
(C )2 (D )-2 2005年
8. 已知点A (
,1),B (0,0)C (,0).设∠BAC 的平分线AE 与BC 相交于E ,那么有
等于( )
A. 2
B.
C. -3
D. -
2006年 (1)(文)已知向量a r =(4,2),向量b r =(x ,3),且a r //b r
,则x =( )
(A )9 (B)6 (C)5 (D)3
2007年
5.在ABC △中,已知D 是AB 边上一点,若123
AD DB CD CA CB u u u r u u u r u u u r u u u r u u u r
,,则 ( )
A .23
B .13
C .13
D .23
2009年
6. 已知向量 2,1,10,||52a a b a b ,则||b ( )
A.
5
B.
10 C.5 D. 25
2010年
(8)ABC △中,点D 在AB 上,CD 平方ACB .若CB a uu r ,CA b uu r ,1a ,2b ,则CD uu u r
( )
(A )1
233a b
(B )2133a b (C )3455a b (D )4355
a b 2011年
(3)设向量a r 、b r 满足1a b r r ,1
2
a b r r ,则2a b r r
(A 2 (B 3 (C 5(D 7
利用向量法解决立体几何问题
基本知识回顾
向量平行,垂直的坐标表示:平行x 1y 2-x 2y 1=0,垂直x 1x 2+y 1y 2=0 直线的方向向量:1.直线的方向向量把直线上任意两点的向量或与它平行的向量都称为直线的方向向量.如图1,在空间直角坐标系中,由A(x1,y1,z1)与B(x2,y2,z2)确定的直线AB 的方向向量是:
平面的法向量:如果表示向量n 的有向线段所在的直线垂直于平面α,称这个向量垂直于平面α,记作n ⊥α,这时向量n 叫做平面α的法向量.
在空间直角坐标系中,如何求平面法向量的坐标呢?设a=( x1,y1,z1)、b=(x2,y2,z2)是平面α内的两个不共线的非零向量,由直线与平面垂直的判定定理知,若n ⊥a 且n ⊥b,则n ⊥α.换句话说,若n ·a = 0且n ·b = 0,则n ⊥ α
求平面法向量的基本步骤:
第一步(设):设出平面法向量的坐标为n=(x,y,z).
第二步(列):根据n ·a = 0且n ·b = 0可列出方程组 第三步(解):把z 看作常数,用z 表示x 、y.
第四步(取):取z 为任意一个正数(当然取得越特 殊越好),便得到平面法向量n 的坐标.
(一).判定直线、平面间的位置关系
(1)直线与直线的位置关系,不重合的两条直线a,b 的方向向量分别为a ,b. ①若a ∥b,即a=λb,则a ∥b. ②若a ⊥b,即a ·b = 0,则a ⊥b
(2)直线与平面的位置关系 直线L 的方向向量为a,平面α的法向量为n, ①若a ∥n,即a =λn,则 L ⊥ α ②若a ⊥n,即a ·n = 0,则a ∥ α. (3)平面与平面的位置关系
平面α的法向量为n1 ,平面β的法向量为n2
①若n1∥n2,即n1=λn2,则α∥β②若n1⊥n2,即n1 ·n2= 0,则α⊥β
(二)、用向量解决距离问题
①两点B A ,间距离||AB
由
AB AB AB 2
可算出;若 b a AB ,则由数量积得
b a b a AB 22
22
,若已知
两点坐标,则可直接用两点间距离公式. ②点P 到直线AB 的距离
过点P 作直线AB 的垂线PD ,垂足为D ,则由AB PD 且点D B A ,,共线得
?,0,解出D 点后再求||。
③异面直线a 、b 的距离
212121(,,)AB x x y y z z uuu r
可先设a 、b 的公垂线段EF (a E 、b F ),再由垂直向量性质得
00
EF b EF a ,从而得到E 、
F 的坐标,最后算出所求
EF .
④点P 到平面 的距离h
先设平面 的斜线为PA A ,再求 的法向量
n ,运用向量平移,不难得到推论“h 等
于 PA 在法向量 n 上的射影
n
n PA 的绝对值”,即
n
n
PA h ,最后由此算出所求距离.
④两平行平面, 之间的距离
由平行平面间的距离定义知道,平面 上任意一点A 到 的距离就是 到 的距离,因此,我们也可把 到 的距离转化为A 到 的距离,运用求点与面距离的方法来求。
(三)、用向量解决角的问题
①两条异面直线a 、b 间夹角
在直线a 上取两点A 、B ,在直线b 上取两点C 、D ,若直线a 与b 的夹角为 ,则
cos |cos ,|AB CD u u u r u u u
r 。
注意,由于两向量的夹角范围为 180,0,而异面直线所成角的范围为 900 ,若两向量夹角 为钝角,转化到异面直线夹角时为180°
②直线a 与平面 所成的角 (如图11 )
移得:若2
时 2(图21 );若2 时2
(图31 ). 平面 的法向量
n 是向量的一个重要内容,是求直线与平面所成角、求点到平面距离的必备工具.由
n 可知,要求得法向量
n ,只需在平面 上找出两个不共线向量
a 、
b ,最后通过解方程
图1-2
图1-1
图1-3
组
0n b n a 得到 n .
③求二面角 的大小
已知二面角α—l —β,
21n ,n 分别是平面α和平面β的一个法向量,设二面角α—l —β的大小为θ,规定0≤θ≤π,则
21n ,n (这里若平面α的法向量是二面角的内部指向平面α内的一点,则平面β的法向量必须是由平面β内的一点指向二面角的内部,如图2-1,否则从二面角内
部一点出发向两个半平面作法向量时,二面角
21n ,n ,如图2-2)
二面角 的大小 (如右图),也可用两个向量 所成的夹角表示,在 、 上分别作棱 的垂线AB 、CD (A 、 C ),从图中可知: 等于
AB 、
CD 所成的角.
2004年—2012年云南省高考立体几何解答题汇总
2004年
20.(本小题满分12分)
如图,直三棱柱ABC —A 1B 1C 1中,∠ACB=90°,AC=1,CB=2,侧棱AA 1=1,侧面AA 1B 1B 的两条
对角线交点为D ,B 1C 1的中点为M. (Ⅰ)求证CD ⊥平面BDM ;
(Ⅱ)求面B 1BD 与面CBD 所成二面角的大小.
1n u r 2n u u r
1n u r 2n u u r
2-1
2-2
x
y
z A
B C
C 1
A 1
B 1
G
D E
A
B
C
D
l
2005年
(18)(本小题满分12分)
在四棱锥V-ABCD 中,底面ABCD 是正方形,侧面VAD 是正三角形,平面VAD ⊥底面ABCD . (Ⅰ)证明AB ⊥平面VAD .
(Ⅱ)求面VAD 与面VDB 所成的二面角的大小.
2006年
(19)(本小题满分12分)
如图,在直三棱柱111ABC A B C 中,,AB BC D 、E 分别为1BB 、1AC 的中点。 (I )证明:ED 为异面直线1BB 与1AC 的公垂线;
(II
)设1,AA AC 求二面角11A AD C 的大小。
2007年
19.(本小题满分12分)
如图,在四棱锥S ABCD 中,底面ABCD 为正方形,
侧棱SD ⊥底面ABCD E F ,,分别为AB SC ,的中点. (1)证明EF ∥平面SAD ;
(2)设2SD DC ,求二面角A EF D 的大小.
B
A
C
C 1
B 1
A 1
D
E
C
F
S
D
2008年
19.(本小题满分12分)
如图,正四棱柱
1111
ABCD A B C D
中,
1
24
AA AB
,
点E在
1
CC上且EC
E
C3
1
.
(Ⅰ)证明:
1
A C 平面BED;
(Ⅱ)求二面角
1
A DE B
的大小.
2009年
18(本小题满分12分)
如图,直三棱柱
111
ABC A B C
中,,
AB AC D
、E分别为
1
AA、
1
B C的中点,DE 平面
1
BCC (I)证明:AB AC
(II)设二面角A BD C
为60°,求
1
B C与平面BCD所成的角的大小。
2010年
(19)(本小题满分12分)
如图,直三棱柱ABC-A
1
B
1
C
1
中,AC=BC,AA
1
=AB,D为BB
1
的中点,E为AB
1
上的一点,
AE=3 EB
1
(Ⅰ)证明:DE为异面直线AB
1
与CD的公垂线;
(Ⅱ)设异面直线AB
1
与CD的夹角为45°,求二面角A
1
-AC
1
-B
1
的大小
A B
C
D
E
A1 B
1
C1
D1
2011年
(20)如图,四棱锥S ABCD 中, AB CD P ,BC CD ,侧面SAB 为等边三角
形.2,1AB BC CD SD .
(Ⅰ)证明:SD SAB 平面
(Ⅱ)求AB 与平面SBC 所成角的大小。
2012年 (19)(本小题满分12分)
如图,三棱柱ABC -A 1B 1C 1中,侧棱垂直底面,∠ACB=90°,AC=BC=1
2AA 1,D 是棱AA 1的中点
(I)证明:平面BDC 1⊥平面BDC
(Ⅱ)平面BDC 1分此棱柱为两部分,求这两部分体积的比。
B 1 B
D
C 1
A 1
D
C
S
B
第一部分:平面向量的概念及线性运算 欧阳光明(2021.03.07) 一.基础知识自主学习 1.向量的有关概念 名称定义备注 向量既有又有的量;向量的大小叫做向量 的(或称) 平面向量是自由向量 零向量长度为的向量;其方向是任意的记作0 单位向量长度等于的 向量 非零向量a的单位向量为± a |a| 平行向量方向或的非零向量 0与任一向量或共线共线向量的非零向量又叫做共线向量 相等向量长度且方向的向量两向量只有相等或不等,不能比 较大小 相反向量长度且方向的向量0的相反向量为0 2.向量的线性运算 向量运算定义法则(或几何 意义) 运算律 加法求两个向量和的运算(1)交换律: a+b=b+a. (2)结合律: (a+b)+c=a+(b+c). 减法求a与b的相反向量-b 的和的运算叫做a与b 的差 法则 a-b=a+(-b) 数乘求实数λ与向量a的积的 运算 (1)|λa|=|λ||a|. (2)当λ>0时,λa的方向与a的方向; 当λ<0时,λa的方向与a的方向;当λ =0时,λa=0. λ(μa)=λμa; (λ+μ)a=λa+μa; λ(a+b)=λa+λb. 向量a(a≠0)与b共线的条件是存在唯一一个实数λ,使得b=λa. 二.难点正本疑点清源 1.向量的两要素 向量具有大小和方向两个要素.用有向线段表示向量时,与有向线段起点的位置没有关系.同向且等长的有向线
段都表示同一向量.或者说长度相等、方向相同的向量是相等的.向量只有相等或不等,而没有谁大谁小之说,即向量不能比较大小. 2.向量平行与直线平行的区别 向量平行包括向量共线(或重合)的情况,而直线平行不包括共线的情况.因而要利用向量平行证明向量所在直线平行,必须说明这两条直线不重合. 三.基础自测 1.化简OP →-QP →+MS →-MQ → 的结果等于________. 2.下列命题:①平行向量一定相等;②不相等的向量一定不平行;③平行于同一个向量的两个向量是共线向量; ④相等向量一定共线.其中不正确命题的序号是_______. 3.在△ABC 中,AB →=c ,AC →=b.若点D 满足BD →=2DC →,则AD → =________(用b 、c 表示). 4.如图,向量a -b 等于() A .-4e1-2e2 B .-2e1-4e2 C .e1-3e2 D .3e1-e2 5.已知向量a ,b ,且AB →=a +2b ,BC →=-5a +6b ,CD → =7a -2b ,则一定共线的三点是 () A .A 、B 、DB .A 、B 、C C .B 、C 、DD .A 、C 、D 四.题型分类深度剖析 题型一 平面向量的有关概念 例1 给出下列命题: ①若|a|=|b|,则a =b ;②若A ,B ,C ,D 是不共线的四点,则AB →=DC → 是四边形ABCD 为平行四边形的充要条件;③若a =b ,b =c ,则a =c ;④a =b 的充要条件是|a|=|b|且a ∥b ;⑤若a ∥b ,b ∥c ,则a ∥c.其中正确的序号是________. 变式训练1 判断下列命题是否正确,不正确的请说明理由. (1)若向量a 与b 同向,且|a|=|b|,则a>b ; (2)若|a|=|b|,则a 与b 的长度相等且方向相同或相反; (3)若|a|=|b|,且a 与b 方向相同,则a =b ; (4)由于零向量的方向不确定,故零向量不与任意向量平行; (5)若向量a 与向量b 平行,则向量a 与b 的方向相同或相反; (6)若向量AB →与向量CD → 是共线向量,则A ,B ,C ,D 四点在一条直线上; (7)起点不同,但方向相同且模相等的几个向量是相等向量; (8)任一向量与它的相反向量不相等 题型二 平面向量的线性运算 例2 如图,以向量OA →=a ,OB →=b 为边作?OADB ,BM →=13BC →,CN →=13 CD →,用a 、b 表示OM →、ON →、MN → . 变式训练2 △ABC 中,AD →=23 AB →,DE ∥BC 交AC 于E ,BC 边上的中线AM 交DE 于N.设AB →=a ,AC → =b ,用a 、b 表示向 量AE →、BC →、DE →、DN →、AM →、AN →. 题型三 平面向量的共线问题 例3 设e1,e2是两个不共线向量,已知AB →=2e1-8e2,CB →=e1+3e2,CD → =2e1-e2. (1)求证:A 、B 、D 三点共线; (2)若BF → =3e1-ke2,且B 、D 、F 三点共线,求k 的值.
高中数学必修4之平面向量 知识点归纳 一.向量的基本概念与基本运算 1向量的概念: ①向量:既有大小又有方向的量向量一般用c b a ,,……来表示,或用有向线段的起点与终 点的大写字母表示,如:AB u u u r 几何表示法 AB u u u r ,a ;坐标表示法),(y x yj xi a 向 量的大小即向量的模(长度),记作|AB u u u r |即向量的大小,记作|a | 向量不能比较大小,但向量的模可以比较大小. ②零向量:长度为0的向量,记为0 ,其方向是任意的, 0 与任意向量平行零向量a =0 |a |=0 由于0r 的方向是任意的,且规定0r 平行于任何向量,故在有关向量平行(共线) 的问题中务必看清楚是否有“非零向量”这个条件.(注意与0的区别) ③单位向量:模为1个单位长度的向量 向量0a 为单位向量 |0a |=1 ④平行向量(共线向量):方向相同或相反的非零向量任意一组平行向量都可以移到同一直 线上方向相同或相反的向量,称为平行向量记作a ∥b 由于向量可以进行任意的平移(即自 由向量),平行向量总可以平移到同一直线上,故平行向量也称为共线向量 数学中研究的向量是自由向量,只有大小、方向两个要素,起点可以任意选取,现在必须区分清楚共线向量中的“共线”与几何中的“共线”、的含义,要理解好平行向量中的“平行”与几何中的“平行”是不一样的. ⑤相等向量:长度相等且方向相同的向量相等向量经过平移后总可以重合,记为b a 大 小相等,方向相同 ),(),(2211y x y x 2 12 1y y x x 2向量加法 求两个向量和的运算叫做向量的加法 设,AB a BC b u u u r u u u r r r ,则a +b r =AB BC u u u r u u u r =AC u u u r (1)a a a 00;(2)向量加法满足交换律与结合律; 向量加法有“三角形法则”与“平行四边形法则”: (1)用平行四边形法则时,两个已知向量是要共始点的,和向量是始点与已知向量的始点重合的那条对角线,而差向量是另一条对角线,方向是从减向量指向被减向量 (2) 三角形法则的特点是“首尾相接”,由第一个向量的起点指向最后一个向量的终点的有向线段就表示这些向量的和;差向量是从减向量的终点指向被减向量的终点 当两个向量的起点公共时,用平行四边形法则;当两向量是首尾连接时,用三角形法
必修4 平面向量知识点小结 一、向量的基本概念 1.向量的概念:既有大小又有方向的量,注意向量和数量的区别. 向量常用有向线段来表示 . 注意:不能说向量就是有向线段,为什么?提示:向量可以平移. 举例 1 已知A(1,2),B(4,2),则把向量u A u B ur按向量a r( 1,3)平移后得到的向量是. 结果:(3,0) 2.零向量:长度为 0 的向量叫零向量,记作:0r,规定:零向量的方向是任意的; 3.单位向量:长度为一个单位长度的向量叫做单位 向量(与u A uu B r共线uuur 的单位向量是u A u B ur ); | AB| 4.相等向量:长度相等且方向相同的两个向量叫相等向量,相等向量有传递性; 5.平行向量(也叫共线向量):方向相同或相反的非零向量 a r、 b r叫做平行向量,记作:a r∥b r, 规定:零向量和任何向量平行 . 注:①相等向量一定是共线向量,但共线向量不一定相等;②两个向量平行与与两条直线平行是不同的两个概念:两个向量平行包含两个向量共线,但两条直线平行不包含两条直线重合; ③平行向量无传递性!(因为有r0); ④三点A、B、C 共线u A uu B r、u A u C ur共线. 6.相反向量:长度相等方向相反的向量叫做相反向量 . a r的相反向量记作a r. 举例 2 如下列命题:(1)若|a r | |b r | ,则a r b r. (2)两个向量相 等的充要条件是它们的起点相同,终点相同 . (3)若u A u B ur u D u C u r,则ABCD是平行四边形 . (4)若ABCD是平行四边形,则u A uu B r u D u C uur. (5)若a r b r,b r c r,则a r c r. (6)若a r / /b r,b r / /c r则a r / /c r.其中正确的是. 结果:(4)(5) 二、向量的表示方法