资源简介 6.2.4 向量的数量积导学案【学习目标】1.理解两个向量夹角的定义,两向量垂直的定义;2.知道向量的投影向量;3.记住数量积的几个重要性质.【自主学习】知识点 1 向量的夹角(1) → →已知两个非零向量 a,b,作OA=a,OB=b,则∠AOB称作向量 a 和向量 b 的夹角,记作〈a,b〉,并规定它的范围是 0≤〈a,b〉≤π.在这个规定下,两个向量的夹角被唯一确定了,并且有〈a,b〉=〈b,a〉.(2)当〈a,b π〉= 时,我们说向量 a 和向量 b 互相垂直,记作 a⊥b.2知识点 2 向量数量积的定义(1)定义:已知两个非零向量 a 与 b,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=|a||b|cos θ,其中θ是 a 与 b 的夹角。(2)规定:零向量与任一向量的数量积为 0.知识点 3 投影向量如图(1) → → →,设 a,b 是两个非零向量,AB=a,CD=b,我们考虑如下的变换:过AB的起点 A→ →和终点 B,分别作CD所在直线的垂线,垂足分别为 A1,B1,得到A1B1,我们称上述变换为→向量 a 向向量 b 投影,A1B1叫做向量 a 在向量 b 上的投影向量;如图(2) →,我们可以在平面内任取一点 O,作OM=a O→, N=b,过点 M作直线 ON的垂线,→垂足为 M1,则OM1就是向量 a 在向量 b 上的投影向量.知识点 4 数量积的几个性质设 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(1)a·e=e·a=|a|cosθ.(2)a⊥b a·b=0.(3)当 a 与 b 同向时,a·b=|a||b|;当 a 与 b 反向时,a·b=-|a||b|.特别地,a·a=|a|2或|a|= a·a.(4)|a·b|≤|a||b|.【合作探究】探究一 向量的夹角问题【例 1】在△ABC中,AB= 3,BC=1,AC=2,D是 AC的中点.求:(1)A→D B→与 D的夹角大小;(2)D→C →与BD的夹角大小.[分析] 由勾股定理可知题中三角形为直角三角形,然后结合直角三角形相关知识和向量夹角知识解答本题.[解] (1)如图所示,在△ABC中,AB= 3,BC=1,AC=2,∴AB2+BC2=( 3)2+12=22=AC2,∴△ABC为直角三角形.∴tanA BC 1 3= = = ,∴∠A=30°.AB 3 3∵D为 AC的中点,∴∠ABD=∠A=30°,A→D D→= C.在△ABD中,∠BDA=180°-∠A-∠ABD=180°-30°-30°=120°.A→D →∴ 与BD的夹角为 120°.(2)∵A→D=D→C,D→C →∴ 与BD的夹角也为 120°.归纳总结:求两个向量的夹角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.【练习 1】已知|a|=|b|=2,且 a 与 b 的夹角为 60°,设 a+b 与 a 的夹角为α,a-b 与 a 的夹角是β.求α+β.O→解:如图,作 A=a,O→B=b,且∠AOB=60°,以 OA、OB为邻边作 OACB,→则OC=a+b B→A O→, = A-O→B=a-b,B→C=O→A=a.因为|a|=|b|=2,所以△OAB为正三角形,所以∠OAB=60°=∠ABC,即 a-b 与 a 的夹角β=60°.因为|a|=|b|,所以平行四边形 OACB为菱形,所以 OC⊥AB.所以∠COA=90°-60°=30°,即 a+b 与 a 的夹角α=30°,∴α+β=90°.探究二 向量数量积的运算【例 2】已知|a|=4,|b|=5,当(1)a∥b;(2)a⊥b;(3)a 与 b 的夹角为 30°时,分别求 a 与 b的数量积.解 (1)a∥b,若 a 与 b 同向,则θ=0°,a·b=|a|·|b|·cos 0°=4×5=20;若 a 与 b 反向,则θ=180°,∴a·b=|a|·|b|cos 180°=4×5×(-1)=-20.(2)当 a⊥b 时,θ=90°,∴a·b=|a|·|b|cos 90°=0.(3)当 a 与 b 的夹角为 30°时,a·b=|a|·|b|cos 30°=4×5 3× =10 3.2归纳总结:已知|a|,|b|求 a·b 时,需先确定两向量的夹角θ,再利用数量积的定义求解.本题中注意 a∥b 时,要分θ=0°和θ=180°两种情况讨论.【练习 2】已知|a|=4,|b|=3,当(1)a∥b;(2)a⊥b;(3)a 与 b 的夹角为 60°时,分别求 a 与 b 的数量积.解 (1)当 a∥b 时,若 a 与 b 同向,则 a 与 b 的夹角θ=0°,∴a·b=|a||b|cos θ=4×3×cos 0°=12.若 a 与 b 反向,则 a 与 b 的夹角为θ=180°,∴a·b=|a||b|cos 180°=4×3×(-1)=-12.(2)当 a⊥b 时,向量 a 与 b 的夹角为 90°,∴a·b=|a||b|cos 90°=4×3×0=0.(3)当 a 与 b 的夹角为 60°时,∴a·b=|a||b|cos 60°=4 1×3× =6.2探究三 向量的投影【例 3】已知 a·b=-9,a 在 b 3方向上的投影为-3,b 在 a 方向上的投影为- ,求 a 与 b2的夹角θ.a·b|a|cos θ=-3, =-3,|b|解 ∵ |b|cos θ 3 ∴=- , a·b 32 =- ,|a| 2-9=-3,|b| |a|=6,即 -9 3 ,∴=- , |b|=3.|a| 2∴cos θ a·b -9 1= = =- .|a||b| 6×3 2∵0°≤θ≤180°,∴θ=120°.归纳总结:【练习 3】已知|a|=1,|b|=1,a,b 的夹角为 120°,计算向量 2a-b 在向量 a+b 方向上的投影.解 (2a-b)·(a+b)=2a2+2a·b-a·b-b2=2a2+a·b-b2=2×12+1 1×1×cos 120°-12= .2|a+b|= a+b 2= a2+2a·b+b2= 1+2×1×1×cos 120° 2a-b · a+b 1+1=1.∴ = .|a+b| 2探究四 平面向量数量积的性质π【例 4】已知|a|=|b|=5,向量 a 与 b 的夹角为 ,求|a+b|,|a-b|.3解 a·b 1 25=|a||b|cos θ=5×5× = .2 2|a+b|= a+b 2= |a|2+2a·b+|b|2= 25 2 25+ × +25=5 3.2|a-b|= a-b 2= |a|2-2a·b+|b|2= 25 2 25- × +25=5.2归纳总结:此类求解向量的模问题一般转化为求模平方,与向量数量积联系,要灵活应用a2=|a|2,勿忘记开方.【练习 4】已知单位向量 e1,e2的夹角为 60°,求向量 a=e1+e2,b=e2-2e1的夹角.解 ∵e1,e2为单位向量且夹角为 60°,∴e 11·e2=1×1×cos 60°= .2∵a·b=(e1+e2)·(e2-2e1)=-2 e 1 3- 1·e2+1=-2- +1=- ,2 2|a|= a2= e1+e2 2= 1+2 1× +1= 3,2|b|= b2= e 2e 2 1 4 4 12- 1 = + - × = 3,2a·b 3 1 1∴cos θ= =- × =- .|a||b| 2 3× 3 2又∵θ∈[0°,180°],∴θ=120°.∴a 与 b 的夹角为 120°.课后作业A 组 基础题一、选择题1.已知|a|=8,|b|=4,〈a,b〉=120°,则向量 b 在 a 方向上的投影为( )A.4 B.-4 C.2 D.-2答案 D解析 b 在 a 方向上的投影为|b|cos〈a,b〉=4×cos 120°=-2.2.已知 a、b 为单位向量,其夹角为 60°,则(2a-b)·b 等于( )A.-1 B.0 C.1 D.2答案 B解析 因为 a、b 为单位向量,且其夹角为 60°,所以 a·b=1×1×cos 60° 1= ,2(2a-b)·b=2a·b-b2=2 1× -1=0.23.已知|a|=9,|b|=6 2,a·b=-54,则 a 与 b 的夹角θ为( )A.45° B.135° C.120° D.150°答案 Bcos θ a·b-54 2解析 ∵ = = =- ,|a||b| 9×6 2 2∵0°≤θ≤180°,∴θ=135°.4.|a|=2,|b|=4,向量 a 与向量 b 的夹角为 120°,则向量 a 在向量 b 方向上的投影等于( )A.-3 B.-2 C.2 D.-1答案 D解析 a 在 b 方向上的投影是|a|cos θ=2×cos 120°=-1.5.已知 a⊥b,|a|=2,|b|=3,且 3a+2b 与λa-b 垂直,则λ等于( )A.3 B 3 3.- C.± D.12 2 2答案 A解析 ∵(3a+2b)·(λa-b)=3λa2+(2λ-3)a·b-2b2=3λa2-2b2=12λ-18=0.∴λ 3= .26.已知向量 a,b 满足 a·b=0,|a|=1,|b|=2,则|2a-b|等于( )A.0 B.2 2 C.4 D.8答案 B解析 |2a-b|2=(2a-b)2=4|a|2-4a·b+|b|2=4×1-4×0+4=8,∴|2a-b|=2 2.二、填空题7.已知|a|=2,|b|=10,〈a,b〉=120°,则向量 b 在向量 a 方向上的投影是____,向量 a在向量 b 方向上的投影是____.答案 -5 -1解析 b 在 a 方向上的投影为|b|cos〈a,b〉=10×cos 120°=-5,a 在 b 方向上的投影为|a|cos〈a,b〉=2×cos 120°=-1.8.若向量 a,b 满足|a|=|b|=1,a 与 b 的夹角为 120°,则 a·a+a·b=________.1答案2解析 a·a+a·b=12+1×1×cos 120° 1= .29.在△ABC中,|A→B|=13,|B→C|=5 → → →,|CA|=12,则AB·BC的值是________.答案 -25|A→B|2 |B→解析 易知 = C|2+|C→A|2,C=90°.cos B 5= ,13∴cos A→B →〈 ,BC〉=cos(180°-B)5=-cos B=- .13A→∴ B·B→C=|A→B|·|B→C|cos(180°-B)5-=13×5× 13 =-25.10 1.已知单位向量 e1,e2的夹角为α,且 cos α= ,若向量 a=3e1-2e2,则|a|=________.3答案 3解析 |a|2=a·a=(3e1-2e2)·(3e 11-2e2)=9|e|2-12e1·e2+4|e2|2=9-12×1×1× +4=9.3∴|a|=3.三、解答题11.已知△ABC中,A→B →=a,AC=b,当 a·b 满足下列条件时,能确定△ABC的形状吗?(1)a·b<0;(2)a·b=0;(3)a·b>0.解 ∵a·b A→B·A→C |A→B|·|A→= = C|·cos A.(1)当 a·b<0时,∠A为钝角,△ABC为钝角三角形;(2)当 a·b=0时,∠A为直角,△ABC为直角三角形;(3)当 a·b>0时,∠A为锐角,△ABC的形状不确定.12.已知正三角形 ABC的边长为 1,求:(1)A→B·A→C;(2)A→B·B→C;(3)B→C·A→C.解 (1)∵A→B A→与 C的夹角为 60°.A→B·A→∴ C=|A→B||A→C|cos 60°=1×1 1 1× = .2 2(2) A→B →∵ 与BC的夹角为 120°.A→B·B→∴ C=|A→B||B→C|cos 120°1-=1×1× 2 1=- .2(3)∵B→C →与AC的夹角为 60°,→ → → →∴BC·AC=|BC||AC|cos 60°=1 1 1 1× × = .2 213.已知向量 a,b 满足|a|=12,|b|=15,|a+b|=25,求|a-b|.解 ∵|a+b|2=a2+b2+2a·b=122+152+2a·b=252,∴2a·b=256.∴|a-b|2=a2+b2-2a·b=122+152-256=113.∴|a-b|= 113.→ → →14.在△ABC中,已知|AB|=5,|BC|=4,|AC|=3,求:(1)A→B·B→C;(2)A→C在A→B方向上的投影;(3)A→B在B→C方向上的投影.|A→解 ∵ B|=5,|B→C|=4,|A→C|=3.∴△ABC AC 3 BC 4为直角三角形,且 C=90°.∴cos A= = ,cos B= = .AB 5 AB 5(1)A→B·B→C → →=-BA·BC 5 4 4=- × × =-16;5A→→ → → C·A→B 5×3 3×(2)|AC|·cos AC AB 5 9〈 , 〉= = = ;|A→B| 5 5→ → → →→ BC·AB -BA·BC -5×44×(3)|AB|·cos A→B →〈 ,BC〉= = = 5=-4.|B→C| |B→C| 4B 组 能力提升一、选择题1.设非零向量 a、b、c 满足|a|=|b|=|c|,a+b=c,则〈a,b〉等于( )A.150° B.120° C.60° D.30°答案 B解析 ∵a+b=c,∴|c|2=|a+b|2=a2+2a·b+b2.又|a|=|b|=|c|,∴2a·b=-b2,即 2|a||b|cos〈a,b〉=-|b|2.→ →2.如图,圆心为 C的圆的半径为 r,弦 AB的长度为 2,则 AB·AC的值为( )A.r B.2rC.1 D.2答案:D→ → →[如图,作 AB的中点H,连接CH,则向量AC在AB方向上的投影的数量为 AH=|AC|cos∠CAB,→ → → → → →所以AB·AC=|AB||AC|cos∠CAB=|AB||AH|=2.]3.(多选题)对于非零向量 a,b,c,下列命题正确的是( )A.若 a·b=b·c,则 a=bB.若 a⊥b,则 a·b=(a·b)2C.若 a∥b,则 a 在 b 上的投影的数量为|a|D.若λ1a+λ2b=0(λ1,λ2∈R,且λ1·λ2≠0),则 a∥b答案:BD[对于选项 A,若 a·b=b·c,则(a-c)·b=0,故 A错误;对于选项 B,若 a⊥b,所以 a·b=0,则 a·b=(a·b)2,故 B正确;对于选项 C,若 a∥b,则 a 在 b 上的投影的数量为±|a|,故C错误;对于选项 D,若λ1a+λ2b=0(λ1,λ2∈R,且λ1·λλ2≠0),推出 a=- 2b,由平行向量基λ1本定理可知 a∥b,故 D正确.故选 BD.]二、填空题4.已知 a 是平面内的单位向量,若向量 b 满足 b·(a-b)=0,则|b|的取值范围是________.答案 [0,1]解析 b·(a-b)=a·b-|b|2=|a||b|cos θ-|b|2=0,∴|b|=|a|cos θ=cos θ (θ为 a 与 b 的夹角),θ∈[0,π],∴0≤|b|≤1.5.如图所示,一个大小为 5 N,与水平方向夹角 37°的拉力 F作用在小车上,小车沿水平方向向右运动.运动过程中,小车受到的阻力大小为 3 N,方向水平向左.小车向右运动的距离为 2 m 的过程中,小车受到的各个力都没有发生变化.求在此过程中:拉力 F对小车做的功(取 cos 37°≈0.8)为________.小车克服阻力做的功为________.答案:8 J 6 J[拉力 F对小车做的功WF=FScos θ=5×2×0.8 J=8 J,小车克服阻力做的功为W 克 f=-Wf=3×2 J=6 J.]6 1.已知 e1,e2是平面单位向量,且 e1·e2= .若平面向量 b 满足 b·(e1-e2)=0,且 b·e1=1,2则|b|=________.2 3答案:3[因为 e1·e2=|e1|·|e2|cos 1〈e1,e2〉=cos〈e1,e2〉= .2又 0°≤〈e1,e2〉≤180°,所以〈e1,e2〉=60°.因为 b·(e1-e2)=0,所以 b 与 e1,e2的夹角均为 30°,所以 b·e1=|b||e1|cos 30°=1,从而|b| 1 2 3= = .cos 30° 3三、解答题→ → → → → →7.已知△ABC的面积为 S满足 3≤2S≤3,且AB·BC=3,AB与BC的夹角为θ.求AB与BC夹角的取值范围.→ → → → → → → → → →[解] 因为△ABC中,AB·BC=3,AB与BC夹角θ=π-B,所以AB·BC=|AB||BC|cos〈AB,BC〉→ → → →=3,即|AB||BC|cos θ=3,得|AB||BC| 3= .cos θS 1→ → → →又 = |AB||BC|sin B 1= |AB||BC|sin(π-θ)2 21 → →= |AB||BC|sin θ 3= tan θ,2 2由 3≤2S≤3得 3≤3tan θ≤3 3,所以 ≤tan θ≤1,由于θ∈[0, π] π π,所以 ≤θ≤ .3 6 4→ → π π,所以AB与BC夹角的取值范围是 6 4 .6.2.4 向量的数量积导学案【学习目标】1.理解两个向量夹角的定义,两向量垂直的定义;2.知道向量的投影向量;3.记住数量积的几个重要性质.【自主学习】知识点 1 向量的夹角(1) →已知两个非零向量 a,b,作OA=a,O→B=b,则 称作向量 a 和向量 b 的夹角,记作〈a,b〉,并规定它的范围是 0≤〈a,b〉≤π.(2) 在这个规定下,两个向量的夹角被唯一确定了,并且有〈a,b〉=〈b,a〉.(2) π当〈a,b〉= 时,我们说向量 a 和向量 b 互相垂直,记作 a⊥b.2知识点 2 向量数量积的定义(1)定义:已知两个非零向量 a 与 b,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=|a||b|cos θ,其中θ是 a 与 b 的夹角.(2)规定:零向量与任一向量的数量积为 .知识点 3 投影向量如图(1),设 a,b 是两个非零向量,A→B a C→= , D=b →,我们考虑如下的变换:过AB的起点 A→ →和终点 B,分别作CD所在直线的垂线,垂足分别为 A1,B1,得到A1B1,我们称上述变换为向量 a →向向量 b ,A1B1叫做向量 a 在向量 b 上的 ;如图(2) → →,我们可以在平面内任取一点 O,作OM=a,ON=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.知识点 4 数量积的几个性质设 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(1)a·e=e·a= .(2)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|= a·a.(4)|a·b|≤ |.【合作探究】探究一 向量的夹角问题【例 1】在△ABC中,AB= 3,BC=1,AC=2,D是 AC的中点.求:(1)A→D与B→D的夹角大小;(2)D→C与B→D的夹角大小.归纳总结:【练习 1】已知|a|=|b|=2,且 a 与 b 的夹角为 60°,设 a+b 与 a 的夹角为α,a-b 与 a 的夹角是β.求α+β.探究二 向量数量积的运算【例 2】已知|a|=4,|b|=5,当(1)a∥b;(2)a⊥b;(3)a 与 b 的夹角为 30°时,分别求 a 与 b的数量积.归纳总结:【练习 2】已知|a|=4,|b|=3,当(1)a∥b;(2)a⊥b;(3)a 与 b 的夹角为 60°时,分别求 a 与 b 的数量积.探究三 向量的投影3【例 3】已知 a·b=-9,a 在 b 方向上的投影为-3,b 在 a 方向上的投影为- ,求 a 与 b2的夹角θ.归纳总结:【练习 3】已知|a|=1,|b|=1,a,b 的夹角为 120°,计算向量 2a-b 在向量 a+b 方向上的投影.探究四 平面向量数量积的性质【例 4】已知|a|=|b|=5 π,向量 a 与 b 的夹角为 ,求|a+b|,|a-b|.3归纳总结:【练习 4】已知单位向量 e1,e2的夹角为 60°,求向量 a=e1+e2,b=e2-2e1的夹角.课后作业A 组 基础题一、选择题1.已知|a|=8,|b|=4,〈a,b〉=120°,则向量 b 在 a 方向上的投影为( )A.4 B.-4 C.2 D.-22.已知 a、b 为单位向量,其夹角为 60°,则(2a-b)·b 等于( )A.-1 B.0 C.1 D.23.已知|a|=9,|b|=6 2,a·b=-54,则 a 与 b 的夹角θ为( )A.45° B.135° C.120° D.150°4.|a|=2,|b|=4,向量 a 与向量 b 的夹角为 120°,则向量 a 在向量 b 方向上的投影等于( )A.-3 B.-2 C.2 D.-15.已知 a⊥b,|a|=2,|b|=3,且 3a+2b 与λa-b 垂直,则λ等于( )A.3 B 3 C ±3.- . D.12 2 26.已知向量 a,b 满足 a·b=0,|a|=1,|b|=2,则|2a-b|等于( )A.0 B.2 2 C.4 D.8二、填空题7.已知|a|=2,|b|=10,〈a,b〉=120°,则向量 b 在向量 a 方向上的投影是____,向量 a在向量 b 方向上的投影是____.8.若向量 a,b 满足|a|=|b|=1,a 与 b 的夹角为 120°,则 a·a+a·b=________.9 → → → →.在△ABC中,|AB|=13,|BC|=5,|CA|=12,则AB·B→C的值是________.10 1.已知单位向量 e1,e2的夹角为α,且 cos α= ,若向量 a=3e1-2e2,则|a|=________.3三、解答题11.已知△ABC中,A→B a A→= , C=b,当 a·b 满足下列条件时,能确定△ABC的形状吗?(1)a·b<0; (2)a·b=0; (3)a·b>0.12.已知正三角形 ABC的边长为 1,求:(1)A→B·A→C; (2)A→B·B→C →; (3)BC·A→C.13.已知向量 a,b 满足|a|=12,|b|=15,|a+b|=25,求|a-b|.14.在△ABC中,已知|A→B| → →=5,|BC|=4,|AC|=3,求:(1)A→B·B→C;(2)A→C在A→B方向上的投影;(3)A→B →在BC方向上的投影.B 组 能力提升一、选择题1.设非零向量 a、b、c 满足|a|=|b|=|c|,a+b=c,则〈a,b〉等于( )A.150° B.120° C.60° D.30°→ →2.如图,圆心为 C的圆的半径为 r,弦 AB的长度为 2,则 AB·AC的值为( )A.r B.2rC.1 D.23.(多选题)对于非零向量 a,b,c,下列命题正确的是( )A.若 a·b=b·c,则 a=bB.若 a⊥b,则 a·b=(a·b)2C.若 a∥b,则 a 在 b 上的投影的数量为|a|D.若λ1a+λ2b=0(λ1,λ2∈R,且λ1·λ2≠0),则 a∥b二、填空题4.已知 a 是平面内的单位向量,若向量 b 满足 b·(a-b)=0,则|b|的取值范围是________.5.如图所示,一个大小为 5 N,与水平方向夹角 37°的拉力 F作用在小车上,小车沿水平方向向右运动.运动过程中,小车受到的阻力大小为 3 N,方向水平向左.小车向右运动的距离为 2 m 的过程中,小车受到的各个力都没有发生变化.求在此过程中:拉力 F对小车做的功(取 cos 37°≈0.8)为________.小车克服阻力做的功为________.6.已知 e1,e12是平面单位向量,且 e1·e2= .若平面向量 b 满足 b·(e1-e2)=0,且 b·e1=1,2则|b|=________.三、解答题→ → → → → →7.已知△ABC的面积为 S满足 3≤2S≤3,且AB·BC=3,AB与BC的夹角为θ.求AB与BC夹角的取值范围. 展开更多...... 收起↑ 资源列表 6.2.4 向量的数量积的概念(原卷版).pdf 6.2.4 向量的数量积的概念(解析版).pdf