平面向量的坐标运算-教案

1 平面向量的坐标运算平面向量的坐标运算 教案教案 一 教学目标一 教学目标 1 1 知识与技能 知识与技能 掌握平面向量的坐标运算 2 2 过程与方法 过程与方法 通过对共线向量坐标关系的探究 提高分析问题 解决问题的能力 3 3 情感态度与价值观 情感态度与价值观 学会用坐标进行向量的相关运算 理解数学内容之间的内在联系 二 教学重点与难点二 教学重点与难点 教学重点 教学重点 平面向量的坐标运算 教学难点 教学难点 向量的坐标表示的理解及运算的准确 三 教学设想三 教学设想 一 导入新课 一 导入新课 思路思路 1 1 向量具有代数特征 与平面直角坐标系紧密相联 那么我们在学习直 线和圆的方程以及点 直线 平面之间的位置关系时 直线与直线的平行是一种 重要的关系 关于 x y 的二元一次方程 Ax By C 0 A B 不同时为零 何时所体 现的两条直线平行 向量的共线用代数运算如何体现 思路思路 2 2 对于平面内的任意向量 a a 过定点 O 作向量OA a a 则点 A 的位置被向 量 a a 的大小和方向所唯一确定 如果以定点 O 为原点建立平面直角坐标系 那么 点 A 的位置可通过其坐标来反映 从而向量 a a 也可以用坐标来表示 这样我就可 以通过坐标来研究向量问题了 事实上 向量的坐标表示 实际是向量的代数表示 引 入向量的坐标表示可使向量运算完全代数化 将数与形紧密结合起来 这就可以 使很多几何问题的解答转化为学生熟知的数量运算 引进向量的坐标表示后 向 量的线性运算可以通过坐标运算来实现 那么向量的平行 垂直 是否也能通过 坐标来研究呢 二 推进新课 新知探究 提出问题 二 推进新课 新知探究 提出问题 我们研究了平面向量的坐标表示 现在已知 a a x1 y1 b b x2 y2 你能得 出 a a b b a a b b a a 的坐标表示吗 如图 1 已知 A x1 y1 B x2 y2 怎样表示AB的坐标 你能在图中标出坐 标为 x2 x1 y2 y1 的 P 点吗 标出点 P 后 你能总结出什么结论 活动活动 教师让学生通过向量的坐标表示来进行两个向量的加 减运算 教师 可以让学生到黑板去板书步骤 可得 图 1 a a b b x1 y1j j x2 y2j j x1 x2 y1 y2 j j 即 a a b b x1 x2 y1 y2 同理 a a b b x1 x2 y1 y2 2 又 a a x1 y1j j x1 y1j j a a x1 y1 教师和学生一起总结 把上述结论用文字叙述分别为 两个向量和 差 的坐标分别等于这两个向量相应坐标的和 差 实数与向量 的积的坐标等于用这个实数乘原来向量的相应坐标 教师再引导学生找出点与向 量的关系 将向量AB平移 使得点 A 与坐标原点 O 重合 则平移后的 B 点位置就 是 P 点 向量AB的坐标与以原点为始点 点 P 为终点的向量坐标是相同的 这样 就建立了向量的坐标与点的坐标之间的联系 学生通过平移也可以发现 向量AB的模与向量OP的模是相等的 由此 我们可以得出平面内两点间的距离公式 AB OP 2 21 2 21 yyxx 教师对总结完全的同学进行表扬 并鼓励学生 只要善于开动脑筋 勇于创新 展 开思维的翅膀 就一定能获得意想不到的收获 讨论结果讨论结果 能 AB OB OA x2 y2 x1 y1 x2 x1 y2 y1 结论结论 一个向量的坐标等于表示此向量的有向线段的终点的坐标减去始点的 坐标 提出问题提出问题 如何用坐标表示两个共线向量 若 a a x1 y1 b b x2 y2 那么 2 2 1 1 x y x y 是向量 a a b b 共线的什么条件 活动活动 教师引导学生类比直线平行的特点来推导向量共线时的关系 此处教 师要对探究困难的学生给以必要的点拨 设 a a x1 y1 b b x2 y2 其中 b b 0 我 们知道 a a b b 共线 当且仅当存在实数 使 a a b b 如果用坐标表示 可写为 x1 y1 x2 y2 即 21 21 yy xx 消去 后得 x1y2 x2y1 0 这就是说 当且仅当 x1y2 x2y1 0 时向量 a a b b b b 0 共线 又我们知道 x1y2 x2y1 0 与 x1y2 x2y1是等价的 但这与 2 2 1 1 x y x y 是不等价的 因为当 x1 x2 0 时 x1y2 x2y1 0 成立 但 2 2 1 1 x y x y 均无意义 因此 2 2 1 1 x y x y 是向量 a a b b 共线的充分不必要条件 由此也看出向量的应用更具一般性 更简捷 实用 让 学生仔细体会这点 讨论结果讨论结果 x1y2 x2y1 0 时 向量 a a b b b b 0 0 共线 充分不必要条件 3 提出问题提出问题 a a 与非零向量 b b 为共线向量的充要条件是有且只有一个实数 使得 a a b b 那么这个充要条件如何用坐标来表示呢 活动活动 教师引导推证 设 a a x1 y1 b b x2 y2 其中 b b a a 由 a a b b x1 y1 x2 y2 21 21 yy xx 消去 得 x1y2 x2y1 0 讨论结果讨论结果 a a b b b b 0 0 的充要条件是 x1y2 x2y1 0 教师应向学生特别提醒感悟 1 消去 时不能两式相除 y1 y2有可能为 0 而 b b 0 0 x2 y2中至少 有一个不为 0 2 充要条件不能写成 2 2 1 1 x y x y x1 x2有可能为 0 3 从而向量共线的充要条件有两种形式 a a b b b b 0 0 1221 yxyx ba 三 应用示例 三 应用示例 思路思路 1 1 例 1 已知 a a 2 1 b b 3 4 求 a a b b a a b b 3a a 4b b 的坐标 活动活动 本例是向量代数运算的简单应用 让学生根据向量的线性运算进行向 量的和 差及数乘的坐标运算 再根据向量的线性运算律和向量的坐标概念得出 的结论 若已知表示向量的有向线段的始点和终点坐标 那么终点的坐标减去始 点的坐标就是此向量的坐标 从而使得向量的坐标与点的坐标可以相互转化 可 由学生自己完成 解解 a a b b 2 1 3 4 1 5 a a b b 2 1 3 4 5 3 3a a 4b b 3 2 1 4 3 4 6 3 12 16 6 19 点评点评 本例是平面向量坐标运算的常规题 目的是熟悉平面向量的坐标运算 公式 变式训练变式训练 1 2007 海南高考 4 已知平面向量 a a 1 1 b b 1 1 则向量 2 1 a a 2 3 b b 等于 A 2 1 B 2 1 C 1 0 D 1 2 答案答案 D 2 2007 全国高考 3 已知向量 a a 5 6 b b 6 5 则 a a 与 b b A 垂直 B 不垂直也不平行 C 平行且同向 D 平行且反向 答案答案 A 4 图 2 例 2 如图 2 已知ABCD 的三个顶点 A B C 的坐标分别是 2 1 1 3 3 4 试求顶点 D 的坐标 活动活动 本例的目的仍然是让学生熟悉平面向量的坐标运算 这里给出了两种 解法 解法一利用 两个向量相等 则它们的坐标相等 解题过程中应用了方程 思想 解法二利用向量加法的平行四边形法则求得向量OD的坐标 进而得到点 D 的坐标 解题过程中 关键是充分利用图形中各线段的位置关系 主要是平行关 系 数形结合地思考 将顶点 D 的坐标表示为已知点的坐标 解解 方法一 如图 2 设顶点 D 的坐标为 x y AB 1 2 3 1 1 2 DC 3 x 4 y 由AB DC 得 1 2 3 x 4 y 42 31 x x 2 2 y x 顶点 D 的坐标为 2 2 方法二 如图 2 由向量加法的平行四边形法则 可知 BCBAADBABD 2 1 1 3 3 1 4 3 3 1 而OD OB BD 1 3 3 1 2 2 顶点 D 的坐标为 2 2 点评点评 本例的目的仍然是让学生熟悉平面向量的坐标运算 变式训练变式训练 图 3 如图 3 已知平面上三点的坐标分别为 A 2 1 B 1 3 C 3 4 求点 D 的 坐标使这四点构成平行四边形四个顶点 解解 当平行四边形为 ABCD 时 仿例二得 D1 2 2 当平行四边形为 ACDB 时 仿例二得 D2 4 6 当平行四边形为 DACB 时 仿上得 D3 6 0 5 例 3 已知 A 1 1 B 1 3 C 2 5 试判断 A B C 三点之间的位置关系 活动活动 教师引导学生利用向量的共线来判断 首先要探究三个点组合成两个 向量 然后根据两个向量共线的充要条件来判断这两个向量是否共线从而来判断 这三点是否共线 教师引导学生进一步理解并熟练地运用向量共线的坐标形式来 判断向量之间的关系 让学生通过观察图象领悟先猜后证的思维方式 解解 在平面直角坐标系中作出 A B C 三点 观察图形 我们猜想 A B C 三 点共线 下面给出证明 AB 1 1 3 1 2 4 AC 2 1 5 1 3 6 又 2 6 3 4 0 AB AC 且直线 AB 直线 AC 有公共点 A A B C 三点共线 点评点评 本例的解答给出了判断三点共线的一种常用方法 其实质是从同一点 出发的两个向量共线 则这两个向量的三个顶点共线 这是从平面几何中判断三 点共线的方法移植过来的 变式训练变式训练 已知 a a 4 2 b b 6 y 且 a a b b 求 y 解解 a a b b 4y 2 6 0 y 3 思路思路 2 2 例 2 设点 P 是线段 P1P2上的一点 P1 P2的坐标分别是 x1 y1 x2 y2 1 当点 P 是线段 P1P2的中点时 求点 P 的坐标 2 当点 P 是线段 P1P2的一个三等分点时 求点 P 的坐标 活动活动 教师充分让学生思考 并提出这一结论可以推广吗 即当 2 1 PP PP 时 点 P 的坐标是什么 师生共同讨论 一起探究 可按照求中点坐标的解题思路类比 推广 有学生可能提出如下推理方法 由PP 1 2 PP 知 x x1 y y1 x2 x y2 y 即 1 1 21 21 21 21 yy y xx x yyyy xxxx 这就是线段的定比分点公式 教师要给予充分肯定 鼓励学生的这种积极探 索 这是学习数学的重要品质 时间允许的话 可以探索 的取值符号对 P 点位 置的影响 也可鼓励学生课后探索 6 图 4 解解 1 如图 4 由向量的线性运算可知 OP 2 1 OP1 OP2 2 2 2121 yyxx 所以点 P 的坐标是 2 2 2121 yyxx 2 如图 5 当点 P 是线段 P1P2的一个三等分点时 有两种情况 即 2 1 PP PP 2 1 或 2 1 PP PP 2 如果 2 1 PP PP 2 1 那么 图 5 OP 1 OP PP 1 1 OP 3 1 21 PP 1 OP 3 1 2 OP 1 OP 3 2 1 OP 3 1 2 OP 3 2 3 2 2121 yyxx 即点 P 的坐标是 3 2 3 2 2121 yyxx 同理 如果 2 1 PP PP 2 那么点 P 的坐标是 3 2 3 2 2121 yyxx 点评点评 本例实际上给出了线段的中点坐标公式和线段的三等分点坐标公式 变式训练变式训练 在 ABC 中 已知点 A 3 7 B 2 5 若线段 AC BC 的中点都在坐标轴上 求点 C 的坐标 解解 1 若 AC 的中点在 y 轴上 则 BC 的中点在 x 轴上 7 设点 C 的坐标为 x y 由中点坐标公式 得 0 2 5 0 2 3 yx x 3 y 5 即 C 点坐标为 3 5 2 若 AC 的中点在 x 轴上 则 BC 的中点在 y 轴上 则同理可得 C 点坐标为 2 7 综合 1 2 知 C 点坐标为 3 5 或 2 7 例 2 已知点 A 1 2 B 4 5 O 为坐标原点 OP OA tAB 若点 P 在第二 象限 求实数 t 的取值范围 活动活动 教师引导学生利用向量的坐标运算以及向量的相等 把已知条件转化 为含参数的方程 组 或不等式 组 再进行求解 教师以提问的方式来了解学生组 织步骤的能力 或者让学生到黑板上去板书解题过程 并对思路清晰过程正确的 同学进行表扬 同时也要对组织步骤不完全的同学给与提示和鼓励 教师要让学 生明白 化归 思想的利用 不等式求变量取值范围的基本观点是 将已知条件 转化为关于变量的不等式 组 那么变量的取值范围就是这个不等式 组 的解集 解解 由已知AB 4 5 1 2 3 3 OP 1 2 t 3 3 3t 1 3t 2 若点 P 在第二象限 则 3 1 3 2 023 013 t t t 故 t 的取值范围是 3 2 3 1 点评点评 此题通过向量的坐标运算 将点 P 的坐标用 t 表示 由点 P 在第二象限 可得到一个关于 t 的不等式组 这个不等式组的解集就是 t 的取值范围 变式训练变式训练 已知OA cos sin OB 1 sin 1 cos 其中 0 求 AB 的取值范围 解解 AB OB OA 1 sin 1 cos cos sin 1 sin cos 1 cos sin AB 2 1 sin cos 2 1 cos sin 2