完整版知识讲解 平面向量应用举例 基础

1、平面向量应用举例【学习目标】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与其他一些实际问题3体会用向量方法解决实际问题的过程，知道向量是一种处理几何、物理等问题的工具，提高运算能力和解决实际问题的能力.【要点梳理】要点一：向量在平面几何中的应用向量在平面几何中的应用主要有以下几个方面：(1) 证明线段相等、平行，常运用向量加法的三角形法则、平行四边形法则，有时用到向量减法的 意义.(2) 证明线段平行、三角形相似，判断两直线(或线段)是否平行，常运用向量平行(共线)的条 件：a/b a b (或 xiy2 x2yi=o).(3) 证明线段的垂直问题，如证明

2、四边形是矩形、正方形，判断两直线(线段)是否垂直等，常运 用向量垂直的条件：a b a b 0 (或Xix2+yiy2=o).(4)求与夹角相关的问题，往往利用向量的夹角公式cos(5)向量的坐标法，对于有些平面几何问题，如长方形、正方形、直角三角形等，建立直角坐标系， 把向量用坐标表示，通过代数运算解决几何问题.要点诠释：用向量知识证明平面几何问题是向量应用的一个方面，解决这类题的关键是正确选择基底，表示出相 关向量，这样平面图形的许多性质，如长度、夹角等都可以通过向量的线性运算及数量积表示出来，从而 把几何问题转化成向量问题，再通过向量的运算法则运算就可以达到解决几何问题的目的了.要点二：

3、向量在解析几何中的应用在平面直角坐标系中，有序实数对(x, y)既可以表示一个固定的点，又可以表示一个向量，使向量与解析几何有了密切的联系，特别是有关直线的平行、垂直问题，可以用向量方法解决.常见解析几何问题及应对方法：(1) 斜率相等问题：常用向量平行的性质.(2) 垂直条件运用：转化为向量垂直，然后构造向量数量积为零的等式，最终转换出关于点的坐标 的方程.(3 )定比分点问题：转化为三点共线及向量共线的等式条件.(4)夹角问题：禾U用公式 COSa b|a|b|要点三：向量在物理中的应用(1 )禾9用向量知识来确定物理问题，应注意两方面：一方面是如何把物理问题转化成数学问题，即 将物理问题

4、抽象成数学模型；另一方面是如何利用建立起来的数学模型解释相关物理现象.(2 )明确用向量研究物理问题的相关知识：力、速度、位移都是向量；力、速度、位移的合成 与分解就是向量的加减法；动量mv是数乘向量；功即是力 F与所产生位移s的数量积.(3) 用向量方法解决物理问题的步骤：一是把物理问题中的相关量用向量表示；二是转化为向量问 题的模型，通过向量运算解决问题；三是把结果还原为物理结论.【典型例题】类型一：向量在平面几何中的应用例1用向量法证明：直径所对的圆周角是直角.已知：如下图，AB是O O的直径，点P是O O上任一点（不与 A、B重合），求证：/ APB = 90P证明：联结OP ,设向量

5、OA a, OP b ,贝U OBa 且 PA OA OP a b ,PBOB OP*Fab- 2 2f 2PA PB ba |bl |a|2 0PA PB，即/ APB = 90.【总结升华】解决垂直问题，一般的思路是将目标线段的垂直转化为向量的数量积为零，而在此过程 中，则需运用向量运算，将目标向量用基底表示，通过基底的数量积运算式使问题获解，如本题便是将向urnuuur r量PA, PB由基底a , b线性表示当然基底的选取应以方便运算为准，即它们的夹角是明确的，且长度易知.举一反三：【高清课堂：平面向量的应用举例395486例1】uuu uuu uuu uuu UUJT UUU【变式1

6、】P是厶ABC所在平面上一点，若 PA PB PB PC PC PA，贝U P是厶ABC的（ ） A .外心B .内心 C .重心 D.垂心【答案】D【高清课堂：平面向量的应用举例395486例4】umr uuuuuur uur【变式2】已知正方形ABCD的边长为1,点E是AB边上的动点，则DE CB的值为; DE DC的最大值为.uuuruuuuuriuuuur iuuuuuur uuu uuu uur uuu2【解析】DECBDEDA|DE | | DA | cosDE, DA =| DA| | DA | | DA|2 =1uur uuir uur iuiruur uuirDE DC |

7、DE | | DC |cos DE, DCuuiruur=| DE | | DC | cos EDCEDC 42uur= |DE |cos EDCuur= |DF |uuur（F是E点在DC上的投影）1当F与C点重合时，上式取到等号.验证即可.因此只要建立适当的坐标系，得到点A、B、E、F的坐标后，就可进行论证.【解析】以点 D为坐标原点，DC所在直线为x轴建立如图所示坐标系，设正方形的边长为uuu|DP|，则 A(0,1),2P（云2 )，(Juur 是PA1,uuu EFuur uuu PA EF)1)2(V1,ULU uuuADCB是正方形，P是对角线DB上一点，PFCE是矩形，证明：

8、PA EF .ULUUUU【思路点拨】如果我们能用坐标表示PA与EF，则要证明结论，只要用两向量垂直的充要条件进行(x6uuu uuu PA EF举一反三:【变式uuuuuuAB (6,1), BC】(2016UUU(x, y),CD平面uuu(2,3)uuur，且 AD / BC .角坐标xOy 中，已知向量（1 ）求x与y之间的关系式；uuur UULT（2）若ACBD，求四边形ABCD的面积.【答案】（1） x+2y=0; （2） 16uuur【解析】（1）由题意得ADuuuABuurBCUULTCD (x4,yuuu2),BC(x,y),UULT ULLT 因为 AD / BC ,所以

9、(x+4)y (y 2)x=0,即 x+2y=0,uuur uuu uuiu (2 )由题意得AC AB BCuuur6,y 1),BDuuuBCuuuCD (x2,y 3),UULT UUIU 因为AC BD ,即 x2+y2+4x2y15=0 ,所以(x+6)(x2)+(y+1)(y3)=0，x 2由得t x 2 当时，y 1uuruurAC (8,0), BD (0, 4),贝U S四边形ABCD1-| AC |BD | 162当x6时,y 3uuruuurAC (0, 4), BD ( 8,0),则S四边形ABCD1 uur uuu-| AC |BD | 16 ,2所以，四边形 ABC

10、D的面积为16.类型二：向量在解析几何中的应用例3.( 2015房山区模拟)已知点A( 0，1)，B，C是x轴上两点，且|BC|=6( B在C的左侧).设AABC 的外接圆的圆心为 M.uuu uuur(1)已知AB AC4，试求直线 AB的方程；(2)当圆M与直线y=9相切时，求圆 M的方程.1 2 225【答案】(1) y=x+1 或 y x 1 ; (2) (x 4) (y 4)5【解析】(1 )设 B (a, 0),则 C (a+6, 0).TA (0, 1),uuuuujrAB (a, 1), AC (a 6, 1),uuu ujur由 AB AC 4得 a(a+6)+1=4 ,解得

11、：a=l或一5 ,1所以，直线AB的方程为y=x+1或y x 15 22一(1)2 r(2)设圆心为(a, b),半径为r，则 .b2 9 r|9 b| r解之得：a=4, b=4, r=5,所以，圆的方程为(x 4)2 (y 4)225.【总结升华】本题考查轨迹方程， 解题的关键是利用向量条件确定动点坐标之间的关系，属于中档题.举一反三：【变式1】已知 ABC的三个顶点 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CH所在直线的方程.【答案】(1) x y+2=0 , x+5

12、y+8=0 , x+y=0 (2) x+y+4=0【解析】(1)由已知得点 D ( 1 , 1), E ( 3, 1), F (2, 2),设M ( x , y)是直线DE上任意一点，uuju uuuruuuuruuu则 DM /DE . DM (x 1,y 1), DE ( 2, 2).( 2) X (x+1) ( 2)(y 1)=0 ,即x y+2=0为直线DE的方程.同理可求，直线EF , FD的方程分别为x+5y+8=0 , x+y=0 .umr uuu(2)设点N (x, y)是CH所在直线上任意一点，则CN AB .UULT UUUUULTUUU CN AB 0 又 CN (x 6

13、,y2), AB (4,4). 4(x+6)+4(y 2)=0 ,即x+y+4=0为所求直线CH的方程.【总结升华】(1)利用向量法来解决解析几何问题，首先要将线段看成向量，再把坐标利用向量法则 进行运算.(2)要掌握向量的常用知识：共线；垂直；模；夹角；向量相等则对应坐标相等.类型三：向量在物理学中“功”的应用例4.一个物体受到同一平面内三个力Fi, F2, F3的作用，沿北偏东45的方向移动了 8 m,其中|Fi|=2N ,方向为北偏东30 ； |F2|=4 N ,方向为北偏东60;冋=6 N ,方向为北偏西30,求合力F所做的功.【答案】24,6【解析】系.以物体的重心O为原点，正东方向

14、为x轴的正半轴建立直角坐标如图，则 F (1,、3) , F2(2.3,2) , F3( 33 3),则 FF1F2 F3(2 3 2,2 4. 3).又位移 s (4.2, 4.2),合力F所做的功为W(2 . 3 2) 42(24,3) 4242 6,3246 (J).合力F所做的功为24.6 J.【总结升华】用向量的方法解决相关的物理问题，要将相关物理量用几何图形表示出来，再根据它的 物理意义建立数学模型，将物理问题转化为数学问题求解，最后将数学问题还原为物理问题.【变式1】已知一物体在共点力UUF1UU(2,2), F2体所做的功为( )A、4B、 3C、 7D、2【答案】Cit举一反

15、三:【解析】对于合力 F 5,3，其所做的功为 W(3,1)，的作用下产生位移 S (丄，3)，则共点力对物2 2F S 5 9 7.因此选C.2 2类型四：向量在力学中的应用例5.如图，用两条同样长的绳子拉一物体，物体受到重力为G.两绳受到的拉力分别为F1、F2，夹角为 .(1)求其中一根绳子受的拉力|F1|与G的关系式，用数学观点分析 F1的大小与夹角的关系；(2 )求F1的最小值;（3）如果每根绳子的最大承受拉力为|G|,求 的取值范围.【答案】（1）增大时，|R|也增大（2）回（3）0，120 2【解析】（1）由力的平衡得F什F2+G=0，设Fi, F2的合力为F,则 F= G，由 F

16、i+F2=F 且|Fi|=|F2|, |F|=|G|，解直角三角形得 COS22|f|Fi|G|2|Fi|逐渐二 |Fi | |G |, 0 , i80 ，由于函数 y=cos 在 0, i80 上为减函数,2cos2增大时，cos逐渐减小，即2|G |逐渐增大，2cos2增大时,|Fi|也增大.|G|2=0 时，|Fi|有最小值为60,“在单杠上做引体向上，两臂的夹角越小(3)由题意，|G|2|Fi|G|,11口1cos 11,即_22cos222由上述可知，当(2)由于y=cos在0 , i80 上为减函数，02 0 , i20 为所求.【总结升华】生活中“两人共提一桶水，夹角越大越费力”

17、 就越省力”等物理现象，通过数学推理与分析得到了诠释.举一反三：ur uu0【变式i】两个大小相等的共点力 Fi,F2，当它们间夹角为90时，合力的大小为20N，则当它们的夹角 为i200时，合力的大小为（）_A、40N B、iO、.2NC、20.2N D、 i0N【思路点拨】力的合成关键是依平行四边形法则，求出力的大小，然后再结合平行四边形法则求出新的 合力uu uu0【解析】对于两个大小相等的共点力F1,F2 ,当它们间夹角为900时，合力的大小为20N时，这二个力的大小都是10、.2n，对于它们的夹角为1200时，由三角形法则，可知力的合成构成一个等边三角形，因此合力的大小为1.2 N.

18、正确答案为B.【总结升华】力的合成可用平行四边形法则，也可用三角形法则，各有优点，但实质是相通的，关键ur,是要灵活掌握；对于第一个平行四边形法则的应用易造成的错解是F1A0N，这样就会错选答案 D.类型五：向量在速度中的应用例6.在风速为75（6、2） 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.【思路点拨】这是航行中的速度问题，速度的合成与分解相当于向量的加法与减法，处理的方法和原则 是三角形法则或平行四边形法则【答案】150：2，北偏西60【解析】设风速为3,飞机向西北方向飞行的速度为Va,无风时飞机的速度为 Vb,则如图，Vb=Va3,uuuuuuruur设 | AB| |va | , | BC | |, |AC | | Vb |,过 A 点作 AD / BC,过 C 作 C