6.4.1平面几何中的向量方法（教案）

第六章平面向量及其应用6.4.1平面几何中的向量方法一、教学目标1.会用向量方法解决简单的几何问题；2.体会向量在解决几何问题中的作用；3.通过对用向量法解决平面几何问题的学习，培养学生数学抽象、数学运算、数学建模、数据分析等数学素养。二、教学重难点1.用向量方法解决几何问题的基本方法：向量法解决几何问题的“三步曲”；2.能够将几何问题转化为平面向量问题。三、教学过程：1、复习回顾（1）平面两个向量的数量积：；（2）向量平行的判定:；（3）向量平行与垂直的判定:；（4）平面内两点间的距离公式：（其中，）（5）求模：；；2.探索新知例1.如图所示，在正方形ABCD中，P为对角线AC上任一点，PE⊥AB，PF⊥BC，垂足分别为E，F，连接DP，EF，求证：DP⊥EF.证明法一：设正方形ABCD的边长为1，AE＝a(0<a<1)，则EP＝AE＝a，PF＝EB＝1－a，AP＝eq\r(2)a，∴eq\o(DP,\s\up18(→))·eq\o(EF,\s\up18(→))＝(eq\o(DA,\s\up18(→))＋eq\o(AP,\s\up18(→)))·(eq\o(EP,\s\up18(→))＋eq\o(PF,\s\up18(→)))＝eq\o(DA,\s\up18(→))·eq\o(EP,\s\up18(→))＋eq\o(DA,\s\up18(→))·eq\o(PF,\s\up18(→))＋eq\o(AP,\s\up18(→))·eq\o(EP,\s\up18(→))＋eq\o(AP,\s\up18(→))·eq\o(PF,\s\up18(→))＝1×a×cos180°＋1×(1－a)×cos90°＋eq\r(2)a×a×cos45°＋eq\r(2)a×(1－a)×cos45°＝－a＋a2＋a(1－a)＝0．∴eq\o(DP,\s\up18(→))⊥eq\o(EF,\s\up18(→))，即DP⊥EF.法二：如图，建立平面直角坐标系，设正方形的边长为1，建立如图所示的平面直角坐标系，设P(x，x)，则D(0,1)，E(x,0)，F(1，x)，所以eq\o(DP,\s\up18(→))＝(x，x－1)，eq\o(EF,\s\up18(→))＝(1－x，x)，由于eq\o(DP,\s\up18(→))·eq\o(EF,\s\up18(→))＝x(1－x)＋x(x－1)＝0，所以eq\o(DP,\s\up18(→))⊥eq\o(EF,\s\up18(→))，即DP⊥EF.思考：运用向量方法解决平面几何问题可以分哪几个步骤？“三步曲”：(1)构建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平面向量问题；(2)通过平面向量运算，研究几何元素之间的关系，如距离、夹角、模等问题；(3)将平面向量运算运算结果“翻译”成平面几何关系.思考：你能总结向量的线性运算法的四个步骤吗？生答：①选取基底；②用基底表示相关向量；③利用向量的线性运算或数量积找相应关系；④把几何问题向量化．思考：你能总结向量的坐标运算法的四个步骤吗？生答：①建立适当的平面直角坐标系；②把相关向量坐标化；③用向量的坐标运算找相应关系；④把几何问题向量化．变式训练:如图所示，在正方形ABCD中，E，F分别是AB，BC的中点，求证：AF⊥DE.解：（基底法）设eq\o(AD,\s\up18(→))＝a，eq\o(AB,\s\up18(→))＝b，则|a|＝|b|，a·b＝0，又eq\o(DE,\s\up18(→))＝eq\o(DA,\s\up18(→))＋eq\o(AE,\s\up18(→))＝－a＋eq\f(b,2)，eq\o(AF,\s\up18(→))＝eq\o(AB,\s\up18(→))＋eq\o(BF,\s\up18(→))＝b＋eq\f(a,2)，所以eq\o(AF,\s\up18(→))·eq\o(DE,\s\up18(→))＝(b＋eq\f(a,2))·(－a＋eq\f(b,2))＝－eq\f(1,2)a2－eq\f(3,4)a·b＋eq\f(b2,2)＝－eq\f(1,2)|a|2＋eq\f(1,2)|b|2＝0．故eq\o(AF,\s\up18(→))⊥eq\o(DE,\s\up18(→))，即AF⊥DE.（坐标法）如图建立平面直角坐标系，设正方形的边长为2，则A(0,0)，D(0,2)，E(1,0)，F(2,1)，所以eq\o(AF,\s\up18(→))＝(2,1)，eq\o(DE,\s\up18(→))＝(1，－2).因为eq\o(AF,\s\up18(→))·eq\o(DE,\s\up18(→))＝(2,1)·(1，－2)＝2－2＝0，所以eq\o(AF,\s\up18(→))⊥eq\o(DE,\s\up18(→))，即AF⊥DE.例2.如图所示，以两边为边向外作正方形和，为的中点.求证：.解：因为是的中点，所以.又因为，所以，所以，即.变式训练：在梯形中，，，，，若点在线段上，则求的最小值解：建立如图所示平面直角坐标系：因为，，，，所以，设所以，所以，，所以，当时，的最小值为，小结：1.向量方法解决平面几何问题“三步曲”；2.向量的线性运算法（基底法）的四个步骤：①选取基底；②用基底表示相关向量；③利用向量的线性运算或数量积找相应关系；④把几何问题向量化．向量的坐标运算法（坐标法）的四个步骤：①建立适当的平面直角坐标系；②把相关向量坐标化；③用向量的坐标运算找相应关系；④把几何问题向量化．五、作业：习题6.4.1A级必备知识基础练1.[探究点一(角度4)]在Rt△ABC中,∠ABC=90°,AB=8,BC=6,D为AC中点,则cos∠BDC=()A.-725 B.C.0 D.12.[探究点二(角度1)]体育锻炼是青少年生活学习中非常重要的部分,某学生做引体向上运动,处于如图所示的平衡状态,若两只胳膊的夹角为60°,每只胳膊的拉力大小均为360N,则该学生的体重m(单位:kg)约为()(参考数据:取重力加速度大小g=10m/s2,3=1.732)A.64 B.62 C.76 D.603.[探究点一(角度3)·2023湖南怀化一模]已知点G是△ABC的重心,AG=λAB+μAC(λ,μ∈R),若A=120°,AB·AC=-2,则|AG|的最小值是(A.33 B.C.23 D.4.[探究点二(角度2)]一条河宽为80000m,一船从A处出发垂直航行到达河正对岸的B处,船速为20km/h,水速为12km/h,则船到达B处所需时间为h.

5.[探究点二(角度1)]用两条成120°角的等长的无弹性的绳子悬挂一个灯具,如图所示,已知灯具受到的重力为10N,则每根绳子的拉力大小为N.

6.[探究点一(角度3)·2023河南洛阳月考]如图,E,F分别是四边形ABCD的边AD,BC的中点,AB=1,CD=2,∠ABC=75°,∠BCD=45°,则线段EF的长是.

7.[探究点一(角度2)]如图所示,在等腰直角三角形ACB中,∠ACB=90°,CA=CB,D为BC的中点,E是AB上的一点,且AE=2EB.求证:AD⊥CE.8.[探究点二(角度2)]某人骑摩托车以20km/h的速度向西行驶,感觉到风从正南方向吹来,而当其速度变为40km/h时,他又感觉到风从西南方向吹来,求实际风速的大小和方向.B级关键能力提升练9.O是平面ABC内的一定点,P是平面ABC内的一动点.若(PB−PC)·(OB+OC)=(PC−PA)·(OA+OC)=A.内心 B.外心 C.重心 D.垂心10.(多选题)如图所示,小船被绳索拉向岸边,船在水中运动时设水的阻力大小不变,那么小船匀速靠岸过程中,下列四个选项中,其中正确的是()A.绳子的拉力不断增大B.绳子的拉力不断变小C.船的浮力不断变小D.船的浮力保持不变11.一条渔船距对岸4km,以2km/h的速度向垂直于对岸的方向划去,到达对岸时,船的实际行程为8km,则河水的流速是km/h.

12.在四边形ABCD中,若AC=(1,2),BD=(-4,2),则向量AC与BD的夹角为,四边形ABCD的面积为13.一条东西方向的河流两岸平行,河宽250m,河水的速度为向东23km/h.一艘小货船准备从河南岸的码头A处出发,航行到位于对岸B(AB与河岸的方向垂直)的正西方向并且与B相距2503m的码头C处卸货.若水流的速度与小货船的速度(自身动力产生的速度)的合速度的大小为6km/h,则当小货船的航程最短时,航行的合速度方向与正西方向的夹角为,小货船的速度大小为km/h.

14.已知△ABC是等腰直角三角形,∠B=90°,D是BC边的中点,BE⊥AD,垂足为E,延长BE交AC于点F,连接DF,求证:∠ADB=∠FDC.15.已知在正方形ABCD中,E,F分别是CD,AD的中点,BE,CF交于点P.求证:AP=AB.16.一架飞机从A地按北偏东35°的方向飞行800km到达B地接到受伤人员,然后又从B地按南偏东55°的方向飞行800km送往C地医院,求这架飞机飞行的路程及两次位移的和.C级学科素养创新练17.如图所示,若D是△ABC内的一点,且AB2-AC2=DB2-DC2,求证:AD⊥BC.参考答案1.B如图建立平面直角坐标系,则B(0,0),A(0,8),C(6,0),D(3,4),∴DB=(-3,-4),DC=(3,-4).又∠BDC为DB,DC∴cos∠BDC=DB·2.B设两只胳膊的拉力分别为F1,F2,且|F1|=|F2|=360N,<F1,F2>=60°,∴|F1+F2|=(F1+F∴mg≈624,∴m≈62.故选B.3.C∵点G是△ABC的重心,∴AG=13(AB+AC).∵A=120°,AB·AC=-2,∴AB·AC=|AB||AC|cos120°=-2.设|AB|=x,|AC|=y,∴|AB||AC|=4,即xy=4.|AG|=13|AB+AC|=13(AB+AC)2=13AB2+AC4.5根据题意,设船速为v1,水速为v2,作出如图所示的示意图,则|v1|=20km/h,|v2|=12km/h,因为v实际=v1+v2,所以|v实际|=|v1|2所以所需时间t=8016=5(h)5.10设重力为G,每根绳的拉力分别为F1,F2,则由题意得F1,F2与-G都成60°角,且|F1|=|F2|.∴|F1|=|F2|=|G|=10N,∴每根绳子的拉力都为10N.6.72如图,EF=∵E,F分别是四边形ABCD的边AD,BC的中点,∴2EF=(EA+ED)+(AB+DC)+(BF∵∠ABC=75°,∠BCD=45°,∴<AB,DC∴|EF|=1=1=1=72∴EF的长为727.证明AD·CE=(AC+=AC=AC=AC=-13|CA|2+1因为CA=CB,所以-13|CA|2+13|CB|28.解设v1表示20km/h的速度,在无风时,此人感觉到的风速为-v1,实际的风速为v,那么此人所感觉到的风速为v+(-v1)=v-v1.如图,令AB=-v1,AC=-2v1,实际风速为v.∵DA+∴DB=v-v1.这就是骑车人感觉到的从正南方向吹来的风的速度.∵DA+AC=DC,∴DC=v-这就是当车的速度为40km/h时,骑车人感觉到的风速.由题意,得∠DCA=45°,DB⊥AB,AB=BC,∴△DCA为等腰三角形,DA=DC,∠DAC=∠DCA=45°,∴DA=DC=2BC.∴|v|=202km/h.∴实际风速的大小是202km/h,为东南风.9.B因为(PB−PC)·(OB+则(OB−OC)·(OB+OC)=0,所以|OB|=|OC|.同理可得|OA|=|OC|,即|OA|=|OB|=|OC|,所以O为△ABC的外心.10.AC设水的阻力为f,绳的拉力为F,绳AB与水平方向夹角为θ0<θ<π2,则|F|cosθ=|f|,∴|F|=|f|∵θ增大,cosθ减小,∴|F|增大.∵|F|sinθ增大,∴船的浮力减小.11.23如图,用v1表示河水的流速,v2表示船的速度,则v=v1+v2为船的实际航行速度.由图知,|OA|=4,|OB|=8,则∠AOB=60°.又|v2|=2,∴|v1|=|v2|·tan60°=23.即河水的流速是23km/h.12.π25由AC·BD=1×(-4)+2×2=0知AC⊥BD又∵|AC|=12+22=5,|BD∴四边形ABCD的面积S=12|AC||BD|=12×13.30°221如图,AB=250m=14km,BC=2503m=34km,tan∠CAB=∴∠CAB=60°,∴∠CAD=90°+60°=150°,∴合速度的方向与水流的方向成150°角,与正西方向的夹角为30°.设小货船的速度为v1,水流速度为v2,合速度为v,则v1=v-v2,∴|v1|=v=6=221(km/h).∴小船航行速度的大小为221km/h.14.证明如图,以B为原点,BC所在直线为x轴建立平面直角坐标系,设A(0,2),C(2,0),则D(1,0),AC=(2,-2).设AF=λAC,则BF=BA+AF=(0,2)+(2λ,-2λ)=(2λ,2-2λ).又DA=(-1,2),由题设BF⊥DA,所以BF·DA=0,所以-2λ+2(2-2λ)=0,所以λ=又DC=(1,0),所以cos∠ADB=DA·DB|