资源简介 专题6.7 平面向量基本定理及坐标表示(重难点题型精讲)1.平面向量基本定理(1)平面向量基本定理如果,是同一平面内的两个不共线向量,那么对于这一平面内的任一向量,有且只有一对实数,,使.若,不共线,我们把{,}叫做表示这一平面内所有向量的一个基底.(2)定理的实质由平面向量基本定理知,可将任一向量在给出基底{,}的条件下进行分解——平面内的任一向量都可以用平面内任意不共线的两个向量线性表示,这就是平面向量基本定理的实质.2.平面向量的正交分解及坐标表示(1)正交分解不共线的两个向量相互垂直是一种重要的情形,把一个向量分解为两个互相垂直的向量,叫做把向量作正交分解.(2)向量的坐标表示如图,在平面直角坐标系中,设与x轴、y轴方向相同的两个单位向量分别为,,取{,}作为基底.对于平面内的任意一个向量,由平面向量基本定理可知,有且只有一对实数x,y,使得=x+y.这样,平面内的任一向量都可由x,y唯一确定,我们把有序数对(x,y)叫做向量的坐标,记作=(x,y)①.其中x叫做在x轴上的坐标,y叫做在y轴上的坐标,①叫做向量的坐标表示.显然,=(1,0),=(0,1),=(0,0).(3)点的坐标与向量的坐标的关系3.平面向量线性运算的坐标表示(1)两个向量和(差)的坐标表示由于向量=(,),=(,)等价于=+,=+,所以+=(+)+(+)=(+)+(+),即+=(+,+).同理可得-=(-,-).这就是说,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).(2)向量数乘的坐标表示由=(x,y),可得=x+y,则=(x+y)=x+y,即=(x,y).这就是说,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.4.平面向量数量积的坐标表示(1)平面向量数量积的坐标表示由于向量=(,),=(,)等价于=+,=+,所以=(+)(+)=+++.又=1,=1,==0,所以=+.这就是说,两个向量的数量积等于它们对应坐标的乘积的和.(2)平面向量长度(模)的坐标表示若=(x,y),则或.其含义是:向量的长度(模)等于向量的横、纵坐标平方和的算术平方根.如果表示向量的有向线段的起点和终点的坐标分别为(,),(,),那么=(-,-),||=.5.平面向量位置关系的坐标表示(1)共线的坐标表示①两向量共线的坐标表示设=(,),=(,),其中≠0.我们知道,,共线的充要条件是存在实数,使=.如果用坐标表示,可写为(,)=(,),即,消去,得-=0.这就是说,向量, (≠0)共线的充要条件是-=0.②三点共线的坐标表示若A(,),B(,),C(,)三点共线,则有=, 从而(-,-)=(-,-),即(-)(-)=(-)(-),或由=得到(-)(-)=(-)(-),或由=得到(-)(-)=(-)(-).由此可知,当这些条件中有一个成立时,A,B,C三点共线.(2)夹角的坐标表示设,都是非零向量,=(,),=(,),是与的夹角,根据向量数量积的定义及坐标表示可得==.(3)垂直的坐标表示设=(,),=(,),则+=0.即两个向量垂直的充要条件是它们相应坐标乘积的和为0.【题型1 用基底表示向量】【方法点拨】用基底表示向量的基本方法有两种:一种是运用向量的线性运算对待求向量不断地进行转化,直至用基底表示为止;另一种是通过列向量方程(组),利用基底表示向量的唯一性求解.【例1】(2022春·湖南株洲·高一期中)在平行四边形中,对角线与交于点为中点,与交于点,若 ,则( )A. B. C. D.【变式1-1】(2022·浙江·模拟预测)在平行四边形中,,,设,,则( )A. B.C. D.【变式1-2】(2022春·四川绵阳·高一期末)在中,点D在BC边上,且.设,,则可用基底,表示为( )A. B.C. D.【变式1-3】(2022·全国·高三专题练习)在平行四边形中,是边的中点,与交于点.若,,则( )A. B. C. D.【题型2 平面向量基本定理的应用】【方法点拨】结合题目条件,利用平面向量基本定理进行转化求解即可.【例2】(2022春·山东·高一阶段练习)已知G是的重心,点D满足,若,则为( )A. B. C. D.1【变式2-1】(2022秋·河南·高三阶段练习)在中,为边的中点,在边上,且,与交于点,若,则( )A. B. C. D.【变式2-2】(2022春·内蒙古赤峰·高一期末)如图,平行四边形ABCD的对角线相交于点O,E为AO的中点,若,则等于( )A.1 B. C. D.【变式2-3】(2022秋 安徽期末)已知平行四边形ABCD的对角线交于点O,E为AO的中点,若,则λ+μ=( )A. B. C. D.1【题型3 平面向量的坐标运算】【方法点拨】(1)向量的线性运算的坐标表示主要是利用加、减、数乘运算法则进行的,若已知有向线段两端点的坐标,则应先求出向量的坐标,然后再进行向量的坐标运算,另外解题过程中要注意方程思想的运用.(2)利用向量线性运算的坐标表示解题,主要根据相等向量的坐标相同这一原则,通过列方程(组)进行求解.【例3】(2022秋·新疆喀什·高一阶段练习)若,则的坐标为( )A. B. C. D.【变式3-1】(2022·高二课时练习)在平行四边形中,为一条对角线.若,,则( )A. B. C. D.【变式3-2】(2022春·广西南宁·高一期末)已知向量,则等于( )A. B. C. D.【变式3-3】(2022春·河南平顶山·高一期末)已知向量,,,则可用与表示为( )A. B. C. D.【题型4 向量共线、垂直的坐标表示】【方法点拨】向量共线、垂直的坐标表示的应用有两类:一是判断向量的共线(平行)、垂直;二是根据向量共线、垂直来求参数的值;根据题目条件,结合具体问题进行求解即可.【例4】(2022秋·河南南阳·高二开学考试)在平面直角坐标系中,已知.(1)若,求实数k的值;(2)若,求实数t的值.【变式4-1】(2022春·广东潮州·高一期中)已知(1)当为何值时,与垂直(2)若,且三点共线,求的值.【变式4-2】(2023·高一单元测试)已知,.(1)当k为何值时,与垂直?(2)当k为何值时,与平行?【变式4-3】(2022秋·河南开封·高三阶段练习)已知向量,(1)当,求的值;(2)当,,求向量与的夹角【题型5 向量坐标运算与平面几何的交汇】【方法点拨】利用向量可以解决与长度、角度、垂直、平行等有关的几何问题,其解题的关键在于把其他语言转化为向量语言,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向量问题.常用方法是建立平面直角坐标系,借助向量的坐标运算转化为代数问题来解决.【例5】(2022春·吉林长春·高一阶段练习)如图,已知是平面直角坐标系的原点,,.(1)求坐标;(2)若四边形为平行四边形,求点坐标.【变式5-1】(2023·全国·高三专题练习)已知平行四边形ABCD中,,,.(1)用,表示;(2)若,,,如图建立直角坐标系,求和的坐标.【变式5-2】(2022春·浙江杭州·高一期中)已知半圆圆心为O点,直径,C为半圆弧上靠近点A的三等分点,若P为半径OC上的动点,以O点为坐标原点建立平面直角坐标系,如图所示.(1)求点A、B、C的坐标;(2)若,求与夹角的大小;(3)试求点P的坐标,使取得最小值,并求此最小值.【变式5-3】(2022春·江苏镇江·高一期中)在平面直角坐标系xOy中,已知四边形OABC是等腰梯形,,点M满足,点P在线段BC上运动(包括端点),如图所示.(1)求与共线的单位向量的坐标;(2)求∠OCM的余弦值;(3)是否存在实数λ,使若存在,求出实数λ的取值范围;若不存在,请说明理由.【题型6 向量坐标运算与三角函数的交汇】【方法点拨】先运用平面向量数量积的坐标表示的相关知识(平面向量数量积的坐标表示、平面向量模与夹角的坐标表示、平面向量平行与垂直的坐标表示等)将问题转化为与三角函数有关的问题(如化简、求值、证明等),再利用三角函数的相关知识求解即可.【例6】(2022秋·江苏盐城·高三期中)已知O为坐标原点,.(1)若,求;(2)若,求的取值范围.【变式6-1】(2022秋·河南信阳·高三阶段练习)已知向量.(1)若,求的值;(2)求的最大值及取得最大值时角的余弦值.【变式6-2】(2022秋·甘肃张掖·高三阶段练习)已知,.(1)若,且,时,与的夹角为钝角,求的取值范围;(2)若,函数,求的最小值.【变式6-3】(2022秋·江苏镇江·高三期中)已知向量.(1)若,求的值;(2)记,求函数的图象向右平移个单位,纵坐标不变横坐标变为原来的2倍,得到函数的图象,求函数的值域.专题6.7 平面向量基本定理及坐标表示(重难点题型精讲)1.平面向量基本定理(1)平面向量基本定理如果,是同一平面内的两个不共线向量,那么对于这一平面内的任一向量,有且只有一对实数,,使.若,不共线,我们把{,}叫做表示这一平面内所有向量的一个基底.(2)定理的实质由平面向量基本定理知,可将任一向量在给出基底{,}的条件下进行分解——平面内的任一向量都可以用平面内任意不共线的两个向量线性表示,这就是平面向量基本定理的实质.2.平面向量的正交分解及坐标表示(1)正交分解不共线的两个向量相互垂直是一种重要的情形,把一个向量分解为两个互相垂直的向量,叫做把向量作正交分解.(2)向量的坐标表示如图,在平面直角坐标系中,设与x轴、y轴方向相同的两个单位向量分别为,,取{,}作为基底.对于平面内的任意一个向量,由平面向量基本定理可知,有且只有一对实数x,y,使得=x+y.这样,平面内的任一向量都可由x,y唯一确定,我们把有序数对(x,y)叫做向量的坐标,记作=(x,y)①.其中x叫做在x轴上的坐标,y叫做在y轴上的坐标,①叫做向量的坐标表示.显然,=(1,0),=(0,1),=(0,0).(3)点的坐标与向量的坐标的关系3.平面向量线性运算的坐标表示(1)两个向量和(差)的坐标表示由于向量=(,),=(,)等价于=+,=+,所以+=(+)+(+)=(+)+(+),即+=(+,+).同理可得-=(-,-).这就是说,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).(2)向量数乘的坐标表示由=(x,y),可得=x+y,则=(x+y)=x+y,即=(x,y).这就是说,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.4.平面向量数量积的坐标表示(1)平面向量数量积的坐标表示由于向量=(,),=(,)等价于=+,=+,所以=(+)(+)=+++.又=1,=1,==0,所以=+.这就是说,两个向量的数量积等于它们对应坐标的乘积的和.(2)平面向量长度(模)的坐标表示若=(x,y),则或.其含义是:向量的长度(模)等于向量的横、纵坐标平方和的算术平方根.如果表示向量的有向线段的起点和终点的坐标分别为(,),(,),那么=(-,-),||=.5.平面向量位置关系的坐标表示(1)共线的坐标表示①两向量共线的坐标表示设=(,),=(,),其中≠0.我们知道,,共线的充要条件是存在实数,使=.如果用坐标表示,可写为(,)=(,),即,消去,得-=0.这就是说,向量, (≠0)共线的充要条件是-=0.②三点共线的坐标表示若A(,),B(,),C(,)三点共线,则有=, 从而(-,-)=(-,-),即(-)(-)=(-)(-),或由=得到(-)(-)=(-)(-),或由=得到(-)(-)=(-)(-).由此可知,当这些条件中有一个成立时,A,B,C三点共线.(2)夹角的坐标表示设,都是非零向量,=(,),=(,),是与的夹角,根据向量数量积的定义及坐标表示可得==.(3)垂直的坐标表示设=(,),=(,),则+=0.即两个向量垂直的充要条件是它们相应坐标乘积的和为0.【题型1 用基底表示向量】【方法点拨】用基底表示向量的基本方法有两种:一种是运用向量的线性运算对待求向量不断地进行转化,直至用基底表示为止;另一种是通过列向量方程(组),利用基底表示向量的唯一性求解.【例1】(2022春·湖南株洲·高一期中)在平行四边形中,对角线与交于点为中点,与交于点,若 ,则( )A. B. C. D.【解题思路】根据给定条件,结合平行四边形性质,用表示出即可求解作答.【解答过程】平行四边形的对角线与交于点,如图,则,而点为的中点,有,由得:,则有,所以.故选:C.【变式1-1】(2022·浙江·模拟预测)在平行四边形中,,,设,,则( )A. B.C. D.【解题思路】结合平行四边形的性质及平面向量的基本定理即可求解.【解答过程】因为四边形为平行四边形,所以,,,因为,,所以,所以,,因为,,所以,解得 ,所以,故选:B.【变式1-2】(2022春·四川绵阳·高一期末)在中,点D在BC边上,且.设,,则可用基底,表示为( )A. B.C. D.【解题思路】根据向量的加减运算法则、数乘运算即可求解.【解答过程】因为,所以.所以,故选:C.【变式1-3】(2022·全国·高三专题练习)在平行四边形中,是边的中点,与交于点.若,,则( )A. B. C. D.【解题思路】设 ,根据三点共线,即共线,可设,用表示出关系,即可解出结果.【解答过程】.设 ,则,又,且三点共线,则共线,即,使得,即,又不共线,则有,解得,所以,.故选:D.【题型2 平面向量基本定理的应用】【方法点拨】结合题目条件,利用平面向量基本定理进行转化求解即可.【例2】(2022春·山东·高一阶段练习)已知G是的重心,点D满足,若,则为( )A. B. C. D.1【解题思路】由,可得为中点,,又由G是的重心,可得,代入,求得,即可得答案.【解答过程】解:因为,所以为中点,又因为G是的重心,所以,又因为为中点,所以,所以,所以,所以.故选:A.【变式2-1】(2022秋·河南·高三阶段练习)在中,为边的中点,在边上,且,与交于点,若,则( )A. B. C. D.【解题思路】根据三点共线的结论:三点共线,则,结合平面向量基本定理、向量的线性运算求解.【解答过程】以为基底向量,则有:∵三点共线,则,又∵三点共线,且为边的中点,则,∴,解得,即.∵,∴,则.故选:A.【变式2-2】(2022春·内蒙古赤峰·高一期末)如图,平行四边形ABCD的对角线相交于点O,E为AO的中点,若,则等于( )A.1 B. C. D.【解题思路】根据向量的加减法运算及平面向量基本定理求解即可.【解答过程】由题意知,因为,所以,,.故选:B.【变式2-3】(2022秋 安徽期末)已知平行四边形ABCD的对角线交于点O,E为AO的中点,若,则λ+μ=( )A. B. C. D.1【解题思路】在平行四边形ABCD中,点O为AC的中点,又E为AO的中点,则,然后利用平面向量基本定理即可求解.【解答过程】解:在平行四边形ABCD中,点O为AC的中点,又E为AO的中点,则,所以,则,故选:A.【题型3 平面向量的坐标运算】【方法点拨】(1)向量的线性运算的坐标表示主要是利用加、减、数乘运算法则进行的,若已知有向线段两端点的坐标,则应先求出向量的坐标,然后再进行向量的坐标运算,另外解题过程中要注意方程思想的运用.(2)利用向量线性运算的坐标表示解题,主要根据相等向量的坐标相同这一原则,通过列方程(组)进行求解.【例3】(2022秋·新疆喀什·高一阶段练习)若,则的坐标为( )A. B. C. D.【解题思路】根据题意和平面向量运算的坐标表示直接得出结果.【解答过程】因为,所以.故选:C.【变式3-1】(2022·高二课时练习)在平行四边形中,为一条对角线.若,,则( )A. B. C. D.【解题思路】在平行四边形中,由,,利用减法得到,然后利用减法求.【解答过程】在平行四边形中, ,,所以,所以.故选:C.【变式3-2】(2022春·广西南宁·高一期末)已知向量,则等于( )A. B. C. D.【解题思路】由向量坐标运算直接求解即可.【解答过程】.故选:A.【变式3-3】(2022春·河南平顶山·高一期末)已知向量,,,则可用与表示为( )A. B. C. D.【解题思路】设,根据坐标关系建立方程可求出.【解答过程】设,x,,则,即,解得,∴.故选:A.【题型4 向量共线、垂直的坐标表示】【方法点拨】向量共线、垂直的坐标表示的应用有两类:一是判断向量的共线(平行)、垂直;二是根据向量共线、垂直来求参数的值;根据题目条件,结合具体问题进行求解即可.【例4】(2022秋·河南南阳·高二开学考试)在平面直角坐标系中,已知.(1)若,求实数k的值;(2)若,求实数t的值.【解题思路】(1)由共线向量的坐标公式,可得答案;(2)由垂直向量的数量积为零,根据坐标公式,可得答案.【解答过程】(1)因为.所以,,因为所以,解得.(2),因为,所以 ,解得.【变式4-1】(2022春·广东潮州·高一期中)已知(1)当为何值时,与垂直(2)若,且三点共线,求的值.【解题思路】(1)与垂直,即与的数量积为,利用坐标计算可得值;(2)因为三点共线,所以,利用平面向量共线的坐标公式计算可得的值.【解答过程】解:(1),,因为垂直,所以,即,得.(2),因为三点共线,所以.所以,即,所以.【变式4-2】(2023·高一单元测试)已知,.(1)当k为何值时,与垂直?(2)当k为何值时,与平行?【解题思路】(1)根据向量数量积的坐标表示可得,即可求出k的值;(2)根据平行向量的定义可知需满足即可得出k的值.【解答过程】(1),.若可得,即,得,即时,与垂直;(2)因为,不平行,由平行向量的定义可知,需满足时,即 时,与平行.【变式4-3】(2022秋·河南开封·高三阶段练习)已知向量,(1)当,求的值;(2)当,,求向量与的夹角【解题思路】(1)根据向量的坐标运算,以及向量垂直的坐标表示即可求解,(2)根据向量平行的坐标关系可求,进而根据向量夹角公式即可求解.【解答过程】(1)因为向量,,所以,由得,即,即,整理得,解得或,所以或.(2)因为,,所以,由,可得,解得,所以,,所以,又,所以.【题型5 向量坐标运算与平面几何的交汇】【方法点拨】利用向量可以解决与长度、角度、垂直、平行等有关的几何问题,其解题的关键在于把其他语言转化为向量语言,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向量问题.常用方法是建立平面直角坐标系,借助向量的坐标运算转化为代数问题来解决.【例5】(2022春·吉林长春·高一阶段练习)如图,已知是平面直角坐标系的原点,,.(1)求坐标;(2)若四边形为平行四边形,求点坐标.【解题思路】(1)过点作垂直轴于点,在中,即可求出的值,进而求得点坐标,再根据,求出点坐标,由此即可求出坐标.(2)如下图作出辅助线,根据直角三角形的特点,可求出点的坐标,再设点,根据题意可知,由此即可求出点坐标.【解答过程】(1)解:过点作垂直轴于点,如下图所示:因为,所以,又,所以在中,,又,所以,所以(2)解:过点作垂直轴于点,过点作垂直轴于点,过点作垂直轴于点,如下图所示:在中,,,所以,在中,,,所以,即所以,即,设点,因为四边形为平行四边形,所以,又所以,解得,所以点坐标为.【变式5-1】(2023·全国·高三专题练习)已知平行四边形ABCD中,,,.(1)用,表示;(2)若,,,如图建立直角坐标系,求和的坐标.【解题思路】(1)根据向量的加法及数乘运算求解;(2)建立平面直角坐标系,利用坐标运算求解即可.【解答过程】(1),,又,所以,所以;(2)过点D作AB的垂线交AB于点,如图,于是在中,由可知,,根据题意得各点坐标:,,,,,, ,所以,所以,,,.【变式5-2】(2022春·浙江杭州·高一期中)已知半圆圆心为O点,直径,C为半圆弧上靠近点A的三等分点,若P为半径OC上的动点,以O点为坐标原点建立平面直角坐标系,如图所示.(1)求点A、B、C的坐标;(2)若,求与夹角的大小;(3)试求点P的坐标,使取得最小值,并求此最小值.【解题思路】(1)利用任意角三角函数的定义易求、、的坐标;(2)利用平面向量的夹角公式求解即可;(3)设,用表示点坐标,代数量积的坐标计算公式即可求解【解答过程】(1)因为半圆的直径,由题易知:又,.又,,则,,即.(2)由(1)知,,,所以.设与夹角为,则,又因为,所以,即与的夹角为.(3)设,由(1)知,,,,所以,又因为,所以当时,有最小值为,此时点的坐标为.【变式5-3】(2022春·江苏镇江·高一期中)在平面直角坐标系xOy中,已知四边形OABC是等腰梯形,,点M满足,点P在线段BC上运动(包括端点),如图所示.(1)求与共线的单位向量的坐标;(2)求∠OCM的余弦值;(3)是否存在实数λ,使若存在,求出实数λ的取值范围;若不存在,请说明理由.【解题思路】(1)根据向量的坐标运算和单位向量的定义可求得答案;(2)根据向量的夹角运算公式可求得答案;(3)设,根据向量垂直的坐标表示可求得.分,讨论可求得的范围.【解答过程】(1)解:因为点,所以,所以或;(2)解:由题意可得,故.(3)解:设,其中.若,则,即,可得.若,则不存在,若,则,故.【题型6 向量坐标运算与三角函数的交汇】【方法点拨】先运用平面向量数量积的坐标表示的相关知识(平面向量数量积的坐标表示、平面向量模与夹角的坐标表示、平面向量平行与垂直的坐标表示等)将问题转化为与三角函数有关的问题(如化简、求值、证明等),再利用三角函数的相关知识求解即可.【例6】(2022秋·江苏盐城·高三期中)已知O为坐标原点,.(1)若,求;(2)若,求的取值范围.【解题思路】(1)利用,求出,利用向量的模长公式,即可求解.(2)利用,再根据,即可求出的取值范围.【解答过程】(1)时,,∴∴(2)∵,∴,∴∴的取值范围为.【变式6-1】(2022秋·河南信阳·高三阶段练习)已知向量.(1)若,求的值;(2)求的最大值及取得最大值时角的余弦值.【解题思路】(1)利用向量得到,对所求的式子进行弦化切代入可得答案;(2)由数量积的坐标运算和辅助角公式化简可得,再根据三角函数的有界性可得最大值及.【解答过程】(1)因为向量,所以,所以,;(2),其中,当时,取得最大值,此时,即时,取得最大值.【变式6-2】(2022秋·甘肃张掖·高三阶段练习)已知,.(1)若,且,时,与的夹角为钝角,求的取值范围;(2)若,函数,求的最小值.【解题思路】(1)又与的夹角为钝角,可得且与不能共线,列不等式求的范围;(2) 化简得,利用将转化为关于的二次函数,利用二次函数性质求值域.【解答过程】(1)当时, ,若与的夹角为钝角,则且与不能共线,,所以,又,所以,所以,当与共线时,,故,所以与不共线时,.综上:.(2),令,则,,而函数在上为增函数,故当时有最小值.故的最小值为.【变式6-3】(2022秋·江苏镇江·高三期中)已知向量.(1)若,求的值;(2)记,求函数的图象向右平移个单位,纵坐标不变横坐标变为原来的2倍,得到函数的图象,求函数的值域.【解题思路】(1)利用向量坐标的线性运算得的坐标,根据的坐标关系可得,从而可得,,即可求解的值;(2)求解化成余弦型函数,再由三角函数图象变化得,根据余弦函数图象性质求函数的值域即可.【解答过程】(1)解:,,,,,即,,.(2)解:,由图象向右平移,横坐标变为2倍得,,,在单调递增,单调递减,,,即值域为. 展开更多...... 收起↑ 资源列表 高中数学培优讲义练习(人教A版2019必修二)专题6.7 平面向量基本定理及坐标表示(重难点题型精讲) Word版含解析.docx 高中数学培优讲义练习(人教A版2019必修二)专题6.7 平面向量基本定理及坐标表示(重难点题型精讲)(学生版).docx