6.2.4 第一课时 向量的数量积(一)(课件+学案+练习,3份打包)

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6.2.4 第一课时 向量的数量积(一)(课件+学案+练习,3份打包)

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第六章 6.2 平面向量的运算 6.2.4 向量的数量积
第一课时 向量的数量积(一)
课标要求
1.了解向量数量积的物理背景,即物体在力F的作用下产生位移s所做的功. 2.掌握向量数量积的定义及投影向量. 3.会计算平面向量的数量积.
在物理课中我们学过功的概念:如果一个物体在力F的作用下产生位移s,那么力F所做的功W=|F||s|cos θ,其中θ是F与s的夹角.
功是一个标量,它由力和位移两个向量来确定.这给我们一种启示,能否把“功”看作两个向量“相乘”的结果呢?受此启发,我们引入向量“数量积”的概念.
引入
课时精练
一、向量的夹角
二、向量的数量积
三、投影向量
课堂达标
内容索引
向量的夹角

探究1 在功的公式W=|F||s|cos θ中,θ是谁与谁的夹角?
提示 θ是向量F与向量s的夹角.
知识梳理
∠AOB=θ(0≤θ≤π)
2.当θ=0时,a与b______;当θ=π时,a与b______.
同向
反向
垂直
温馨提示
例1
已知|a|=|b|=2,且a与b的夹角为60°,则a+b与a的夹角是多少?a-b与a的夹角又是多少?
因为|a|=|b|=2,
所以平行四边形OACB是菱形,
又∠AOB=60°,
即a+b与a的夹角是30°,
a-b与a的夹角是60°.
1.求两个向量夹角的关键是利用平移的方法使两个向量起点重合,作两个向量的夹角,按照“一作二证三算”的步骤求出.
2.特别地,a与b的夹角为θ,λ1a与λ2b(λ1,λ2是非零常数)的夹角为θ0,当λ1λ2<0时,θ0=180°-θ;当λ1λ2>0时,θ0=θ.
思维升华
训练1

A.30° B.60° C.120° D.150°
向量的数量积

探究2 如图所示,一物体在力F作用下产生位移s,那么力F所做的功W=|F||s|cos α这个公式有什么特点?请完成下列填空:
(1)W(功)是________量;
(2)F(力)是________量;
(3)s(位移)是________量;
(4)α是________量.
提示 (1)数 (2)向 (3)向 (4)数
知识梳理
1. 向量数量积的定义
已知两个非零向量a与b,它们的夹角为θ,我们把数量|a||b|cos θ叫做a与b的数量积(或内积),记作a·b,即a·b=___________.
规定:零向量与任一向量的数量积为____.
2.向量数量积的性质
设a,b是非零向量,它们的夹角是θ,e是与b方向相同的单位向量,则
①a·e=e·a=_________.
②a⊥b?a·b=____.
|a||b|cos θ
0
|a|cos θ
0
|a||b|
-|a||b|
|a|2

温馨提示
(1)数量积运算中间是“·”,不能写成“×”,也不能省略不写.
(2)向量的数量积是一个实数,不是向量,它的值可正、可负、可为0.
(3)a·b=0不能推出a和b中至少有一个零向量.
例2
(链接教材P17例9)已知正三角形ABC的边长为1,求:
思维升华
定义法求平面向量的数量积
若已知两向量的模及其夹角,则直接利用公式a·b=|a|·|b|cos θ.运用此法计算数量积的关键是确定两个向量的夹角,条件是两向量的起点必须重合,否则,要通过平移使两向量符合以上条件.
训练2

设a与b的夹角为θ,
由题意知|a|=|b|=1,
投影向量

探究3 如图所示,设∠AOB=θ,过点A作OB的垂线AD,则线段OD就是线段OA在OB上的投影,试用|OA|和θ表示|OD|.
提示 |OD|=|OA|cos θ.
知识梳理
投影
投影
温馨提示
(1)向量a在向量b上的投影向量是与向量b平行的向量.
(2)如果向量a与向量b平行或垂直,向量a在向量b上的投影向量具有特殊性.
(3)由定义可知,投影是一个过程,而投影向量是一个结果.
例3
例3 (链接教材P20练习T3)已知|a|=5,|b|=4,a与b的夹角θ=120°,与b同向的单位向量为e.
(1)a·b=|a||b|cos θ
=5×4×cos 120°=-10.
(1)求a·b;
(2)求a在b上的投影向量.
思维升华
任意的非零向量a在另一非零向量b上的投影向量等于|a|cos θe(θ为向量a,b的夹角,e为与b同向的单位向量).
训练3
1
已知向量a,b满足|b|=2,a与b的夹角为60°,则b在a上的投影向量的模是________.
已知向量a,b的夹角θ=60°,
故b在a上的投影向量的模为
【课堂达标】


2.(多选)对于任意向量a,b,c,下列说法中正确的是
A.若a·b=0,则a与b中至少有一个为0
B.向量a与向量b夹角的范围是[0,π)
C.若a⊥b,则a·b=0

a·b=0?a⊥b或a=0或b=0,所以A错误;
向量夹角的范围是[0,π],所以B错误;
由数量积的性质知,C正确;
因为a·a=|a||a|cos 0=|a|2,
3.设|a|=1,|b|=2,a·b=1,则a与b的夹角为________.
4.已知|a|=2,且a与b的夹角为60°,与b同向的单位向量为e,则向量a在向量b上的投影向量为________.
e
【课时精练】

1.若|a|=3,|b|=4,a,b的夹角为135°,则a·b=

A.直角梯形 B.菱形 C.矩形 D.正方形
所以四边形ABCD是矩形.

3.如图所示,一力作用在小车上,其中力F的大小为10 N,方向与水平面成60°角.则当小车向前运动10 m时,力F做的功为
由题意,根据向量的数量积的定义,可得力F做的功W=F·s=10×10cos 60°=50(J).

设a与b的夹角为θ,

5.(多选)已知向量a,b和实数λ,则下列选项中正确的是
A.若a与b是两个单位向量,则a2=b2
B.|a·b|=|a||b|
C.λ(a+b)=λa+λb
D.|a·b|≤|a||b|


选项B中,|a·b|=||a||b|cos θ|,其中θ为a与b的夹角,故B错误,其余都正确.
6.若|a|=3,|b|=2,a·b=5,则a与b夹角的余弦值为________.
7.已知|a|=3,|b|=5,a·b=12,则向量a在向量b上的投影向量为________.
设a与b的夹角为θ,
∵a·b=|a||b|cos θ=12,又|b|=5,
9.已知|a|=3,|b|=2,a与b的夹角θ=120°,与b同向的单位向量为e.
(1)求a·b;
(2)求a在b上的投影向量.
(1)a·b=|a||b|cos θ
=3×2·cos 120°=-3.
(2)a在b上的投影向量为
10.如图,已知△ABC是等边三角形.
∵△ABC为等边三角形,
∴∠ABC=60°.
∵∠DBC=120°,
如图,延长AB至点D,使BD=AB,
∵E为BC的中点,∴AE⊥BC,

11.(多选)下列说法正确的是

对于A,根据投影向量的定义,知A正确;
对于D,|a·b|=||a||b|cos θ|,故D错误.
12.定义:|a×b|=|a||b|sin θ,其中θ为向量a与b的夹角,若|a|=2,|b|=5,a·b=-6,则|a×b|等于
A.8 B.-8 C.8或-8 D.6

14.如图,扇形AOB的弧的中点为M,动点C,D分别在OA,OB上,且OC=BD,OA=1,∠AOB=120°.
∵OC=BD,∴k∈[0,1],6.2.4  向量的数量积(一)
(分值:100分)
单选题每小题5分,共25分;多选题每小题6分,共12分.
一、基础巩固
1.若|a|=3,|b|=4,a,b的夹角为135°,则a·b=(  )
-3 -6 6 2
2.在四边形ABCD中,·=0,=,则四边形ABCD是(  )
直角梯形 菱形 矩形 正方形
3.如图所示,一力作用在小车上,其中力F的大小为10 N,方向与水平面成60°角.则当小车向前运动10 m时,力F做的功为(  )
100 J 50 J 50 J 200 J
4.已知|b|=3,a在b上的投影向量为b,则a·b的值为(  )
3 2
5.(多选)已知向量a,b和实数λ,则下列选项中正确的是(  )
若a与b是两个单位向量,则a2=b2
|a·b|=|a||b|
λ(a+b)=λa+λb
|a·b|≤|a||b|
6.若|a|=3,|b|=2,a·b=5,则a与b夹角的余弦值为________.
7.已知|a|=3,|b|=5,a·b=12,则向量a在向量b上的投影向量为________.
8.在边长为1的等边△ABC中,设=a,=b,=c,则a·b+b·c+c·a等于________.
9.(10分)已知|a|=3,|b|=2,a与b的夹角θ=120°,与b同向的单位向量为e.
(1)求a·b;
(2)求a在b上的投影向量.
10.(10分)如图,已知△ABC是等边三角形.
(1)求向量与向量的夹角;
(2)若E为BC的中点,求向量与的夹角.
二、综合运用
11.(多选)下列说法正确的是(  )
向量a在向量b上的投影向量可表示为·
若a·b<0,则a与b的夹角θ的范围是
若△ABC是等边三角形,则,的夹角为60°
|a·b|=|a||b|cos θ
12.定义:|a×b|=|a||b|sin θ,其中θ为向量a与b的夹角,若|a|=2,|b|=5,a·b=-6,则|a×b|等于(  )
8 -8 8或-8 6
13.(13分)如图,在△OAB中,P为线段AB上一点,且=x+y.
(1)若=,求x,y的值;
(2)若=3,||=4,||=2,且与的夹角为60°,求·的值.
三、创新拓展
14.(15分)如图,扇形AOB的弧的中点为M,动点C,D分别在OA,OB上,且OC=BD,OA=1,∠AOB=120°.
(1)若点D是线段OB靠近点O的四分之一分点,用,表示向量;
(2)求·的取值范围.
向量的数量积(一)
1.B [a·b=|a||b|cos 135°=3×4×=-6.]
2.C [由·=0,知AB⊥BC.
由=,知BC綉AD,
所以四边形ABCD是矩形.]
3.B [由题意,根据向量的数量积的定义,可得力F做的功W=F·s=10×10cos 60°=50(J).]
4.B [设a与b的夹角为θ,
∵|a|·cos θ=b,
∴|a|·cos θ=,
∴|a|·cos θ=,
∴a·b=|a||b|cos θ=3×=.]
5.ACD [选项B中,|a·b|=||a||b|cos θ|,其中θ为a与b的夹角,故B错误,其余都正确.]
6. [cos θ===.]
7.b [设a与b的夹角为θ,
∵a·b=|a||b|cos θ=12,又|b|=5,
∴|a|cos θ=,=,
即a在b上的投影向量为b.]
8.- [a·b=·=-·
=-||·||cos 60°=-.
同理b·c=-,c·a=-,
∴a·b+b·c+c·a=-.]
9.解 (1)a·b=|a||b|cos θ
=3×2·cos 120°=-3.
(2)a在b上的投影向量为
|a|cos θe=e=-e.
10.解 
(1)∵△ABC为等边三角形,
∴∠ABC=60°.
如图,延长AB至点D,使BD=AB,
则=,
∴∠DBC为向量与的夹角.
∵∠DBC=120°,
∴向量与的夹角为120°.
(2)∵E为BC的中点,∴AE⊥BC,
∴向量与的夹角为90°.
11.AB [对于A,根据投影向量的定义,知A正确;
对于B,∵a·b=|a||b|cos θ<0,则cos θ<0,又0≤θ≤π,∴θ∈,故B正确;
对于C,若△ABC是等边三角形,则,的夹角为120°,故C错误;
对于D,|a·b|=||a||b|cos θ|,故D错误.]
12.A [cos θ===-,
∵θ∈[0,π],∴sin θ=,
∴|a×b|=2×5×=8.]
13.解 (1)若=,则=+,
故x=y=.
(2)因为||=4,||=2,∠BOA=60°,
所以∠OBA=90°,所以||=2.
又因为=3,所以||=,
所以||==,
cos ∠OPB=.
所以与的夹角θ的余弦值为-,
所以·=||||cos θ=-3.
14.解 (1)由已知可得=,
四边形OAMB是菱形,则=+,
所以=-=-(+)
=--.
(2)设=k,
则=-=(k-1)-,
=-=--k,
·=[(k-1)-]·(--k)=,
∵OC=BD,∴k∈[0,1],
∴·∈.6.2.4 向量的数量积
第一课时 向量的数量积(一)
课标要求 1.了解向量数量积的物理背景,即物体在力F的作用下产生位移s所做的功. 2.掌握向量数量积的定义及投影向量. 3.会计算平面向量的数量积.
【引入】 在物理课中我们学过功的概念:如果一个物体在力F的作用下产生位移s,那么力F所做的功W=|F||s|cos θ,其中θ是F与s的夹角.
功是一个标量,它由力和位移两个向量来确定.这给我们一种启示,能否把“功”看作两个向量“相乘”的结果呢?受此启发,我们引入向量“数量积”的概念.
一、向量的夹角
探究1 在功的公式W=|F||s|cos θ中,θ是谁与谁的夹角?
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
【知识梳理】
1.向量的夹角:已知两个非零向量a,b,O是平面上的任意一点,作=a,=b,则______________________叫做向量a与b的夹角.
2.当θ=0时,a与b________;当θ=π时,a与b________.
如果a与b的夹角是,我们说a与b________,记作a⊥b.
温馨提示 (1)两向量的夹角与两直线的夹角的范围不同,向量夹角范围是[0,π],而两直线夹角的范围为.
(2)两个向量只有起点重合时所对应的角才是向量的夹角.
例1 已知|a|=|b|=2,且a与b的夹角为60°,则a+b与a的夹角是多少?a-b与a的夹角又是多少?
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
思维升华 1.求两个向量夹角的关键是利用平移的方法使两个向量起点重合,作两个向量的夹角,按照“一作二证三算”的步骤求出.
2.特别地,a与b的夹角为θ,λ1a与λ2b(λ1,λ2是非零常数)的夹角为θ0,当λ1λ2<0时,θ0=180°-θ;当λ1λ2>0时,θ0=θ.
训练1 在△ABC中,∠C=90°,BC=AB,则与的夹角是(  )
A.30° B.60° C.120° D.150°
二、向量的数量积
探究2 如图所示,一物体在力F作用下产生位移s,那么力F所做的功W=|F||s|cos α这个公式有什么特点?请完成下列填空:
(1)W(功)是________量;
(2)F(力)是________量;
(3)s(位移)是________量;
(4)α是________量.
【知识梳理】
1.向量数量积的定义
已知两个非零向量a与b,它们的夹角为θ,我们把数量|a||b|cos θ叫做a与b的数量积(或内积),记作a·b,即a·b=________________.
规定:零向量与任一向量的数量积为____.
2.向量数量积的性质
设a,b是非零向量,它们的夹角是θ,e是与b方向相同的单位向量,则
①a·e=e·a=________.
②a⊥b a·b=____.
③当a与b同向时,a·b=________;当a与b反向时,a·b=________,特别地,a·a=________或|a|=.
④|a·b|____|a|·|b|(当且仅当向量a,b共线时,等号成立).
⑤cos θ=.
温馨提示 (1)数量积运算中间是“·”,不能写成“×”,也不能省略不写.
(2)向量的数量积是一个实数,不是向量,它的值可正、可负、可为0.
(3)a·b=0不能推出a和b中至少有一个零向量.
例2 (链接教材P17例9)已知正三角形ABC的边长为1,求:
(1)·;(2)·;
(3)·.
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
思维升华 定义法求平面向量的数量积
若已知两向量的模及其夹角,则直接利用公式a·b=|a|·|b|cos θ.运用此法计算数量积的关键是确定两个向量的夹角,条件是两向量的起点必须重合,否则,要通过平移使两向量符合以上条件.
训练2 (1)在等腰Rt△ABC中,若∠C=90°,AC=,则·的值等于(  )
A.-2 B.2 C.-2 D.2
(2)(链接教材P18例10)已知向量a,b均为单位向量,a·b=,则a与b的夹角为______.
                                    
                                    
                                    
                                    
三、投影向量
探究3 如图所示,设∠AOB=θ,过点A作OB的垂线AD,则线段OD就是线段OA在OB上的投影,试用|OA|和θ表示|OD|.
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
【知识梳理】
1.如图,设a,b是两个非零向量,=a,=b,我们考虑如下的变换:过的起点A和终点B,分别作所在直线的垂线,垂足分别为A1,B1,得到,我们称上述变换为向量a向向量b________,叫做向量a在向量b上的________向量.
2.如图,在平面内任取一点O,作=a,=b,过点M作直线ON的垂线,垂足为M1,则就是向量a在向量b上的投影向量.设与b方向相同的单位向量为e,a与b的夹角为θ,则与e,a,θ之间的关系为=|a|cos θe.
温馨提示 (1)向量a在向量b上的投影向量是与向量b平行的向量.
(2)如果向量a与向量b平行或垂直,向量a在向量b上的投影向量具有特殊性.
(3)由定义可知,投影是一个过程,而投影向量是一个结果.
例3 (链接教材P20练习T3)已知|a|=5,|b|=4,a与b的夹角θ=120°,与b同向的单位向量为e.
(1)求a·b;
(2)求a在b上的投影向量.
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
思维升华 任意的非零向量a在另一非零向量b上的投影向量等于|a|cos θe(θ为向量a,b的夹角,e为与b同向的单位向量).
 训练3 已知向量a,b满足|b|=2,a与b的夹角为60°,则b在a上的投影向量的模是________.
【课堂达标】
1.已知|a|=,|b|=2,a与b的夹角是120°,则a·b等于(  )
A.3 B.-3 C.-3 D.3
2.(多选)对于任意向量a,b,c,下列说法中正确的是(  )
A.若a·b=0,则a与b中至少有一个为0
B.向量a与向量b夹角的范围是[0,π)
C.若a⊥b,则a·b=0
D.|a|=
3.设|a|=1,|b|=2,a·b=1,则a与b的夹角为________.
4.已知|a|=2,且a与b的夹角为60°,与b同向的单位向量为e,则向量a在向量b上的投影向量为________.
向量的数量积(一)
探究1 提示 θ是向量F与向量s的夹角.
知识梳理
1.∠AOB=θ(0≤θ≤π)
2.同向 反向 垂直
例1 解 如图所示,
作=a,=b,且∠AOB=60°.
以,为邻边作平行四边形OACB,
则=a+b,=a-b.
因为|a|=|b|=2,
所以平行四边形OACB是菱形,
又∠AOB=60°,
所以与的夹角为30°,与的夹角为60°.
即a+b与a的夹角是30°,a-b与a的夹角是60°.
训练1 C [如图,作向量=,则∠BAD是与的夹角,在△ABC中,因为∠ACB=90°,BC=AB,所以∠ABC=60°,所以∠BAD=120°,即与的夹角是120°.]
探究2 提示 (1)数 (2)向 (3)向 (4)数
知识梳理
1.|a||b|cos θ 0
2.①|a|cos θ ②0 ③|a||b| -|a||b| |a|2
④≤
例2 解 (1)∵与的夹角为60°,
∴·=||||cos 60°
=1×1×=.
(2)∵与的夹角为120°,
∴·=||||cos 120°
=1×1×=-.
(3)∵与的夹角为60°,
∴·=||||cos 60°
=1×1×=.
训练2 (1)B (2) 
[(1)·=||||cos ∠ABC
=2×·cos 45°=2.
(2)设a与b的夹角为θ,
由题意知|a|=|b|=1,
则cos θ==,
又∵0≤θ≤π,
∴θ=.]
探究3 提示 |OD|=|OA|cos θ.
知识梳理
1.投影 投影
例3 解 (1)a·b=|a||b|cos θ
=5×4×cos 120°=-10.
(2)a在b上的投影向量为|a|cos θe=e=-e=-e.
训练3 1 [已知向量a,b的夹角θ=60°,
故b在a上的投影向量的模为
|b|cos θ=2cos 60°=2×=1.]
课堂达标
1.B [由数量积的定义,得a·b=|a||b|cos 120°=×2×=-3.]
2.CD [a·b=0 a⊥b或a=0或b=0,所以A错误;
向量夹角的范围是[0,π],所以B错误;
由数量积的性质知,C正确;
因为a·a=|a||a|cos 0=|a|2,
所以|a|=,所以D正确.]
3. [设a,b的夹角为θ,则cos θ==,∵θ∈[0,π],∴θ=.]
4.e [因为a与b的夹角为60°,a在b上的投影向量为|a|cos 60°e=2×e=e.]

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