6.3 第3课时 平面向量数乘运算的坐标表示(课件 学案 练习)高中数学人教A版(2019)必修 第二册

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6.3 第3课时 平面向量数乘运算的坐标表示(课件 学案 练习)高中数学人教A版(2019)必修 第二册

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第六章
6.3 平面向量基本定理及坐标表示
平面向量及其应用
第3课时 平面向量数乘运算的坐标表示
学习 目标 1.掌握平面向量数乘运算的坐标表示.
2.理解用坐标表示的平面向量共线的条件.
3.能根据平面向量的坐标,判断向量是否共线.
新知初探·基础落实
问题1:上节课我们学面向量加、减法的坐标表示.若a=(x1,y1),b=(x2,y2),则a+b,a b的坐标是什么?已知A(x1,y1),B(x2,y2),如何求的坐标?
a+b=(x1+x2,y1+y2),a b=(x1 x2,y1 y2).
==(x2,y2) (x1,y1)=(x2 x1,y2 y1).
一、 概念生成
问题2:除了向量的加、减法运算外,我们还学习了向量的数乘运算,如何用坐标表示向量的数乘运算呢?已知a=(x,y),你能得到λa的坐标吗?
因为a=(x,y),所以λa=λ(xi+yj)=λxi+λyj,即λa=(λx,λy).
请同学阅读课本P31—P33,完成下列填空.
二、 概念表述
1.平面向量数乘运算的坐标表示
(1) 语言表示: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.
(2) 坐标表示:a=(x,y),λ∈R,则λa=___________.
(λx,λy)
2.平面向量共线的坐标表示
设a=(x1,y1),b=(x2,y2),其中b≠0,则a,b共线的充要条件是存在实数λ,使a=λb.
如果用坐标表示,可写为(x1,y1)=λ(x2,y2),当且仅当______________时,向量a,b(b≠0)共线.
注意:向量共线的坐标形式极易写错,如写成x1y1 x2y2=0或x1x2 y1y2=0都是不对的,因此要理解并熟记这一公式,可简记为:纵横交错积相减.
x1y2 x2y1=0
典例精讲·能力初成
探究
1
由坐标判断向量是否共线
   (多选)下列各组向量中,不能作为基底的是 (   )
A.e1=(0,0),e2=(3,4) B.e1=(6,2),e2=(3,1)
C.e1=(1,2),e2=(2, 1) D.e1=( 4,3),e2=
1
【解析】
    要使平面中两个向量作为基底,必须满足是非零向量,且不共线,即不存在倍数关系,故A不能作为基底;对于B,e1=(6,2)=2×(3,1)=2e2,故B不能作为基底;对于D,e1=( 4,3)= 5×= 5e2,故D不能作为基底;对于C,两向量不存在倍数关系,故C可作为基底.
ABD
探究
2
由向量平行(共线)求参数
   (课本P31例7)已知a=(4,2),b=(6,y),且a∥b,求y.
2
【解答】
    因为a∥b,所以4y 2×6=0,解得y=3.
根据向量共线条件求参数问题,一般有两种思路:一是利用向量共线定理a=λb(b≠0),列方程组求解;二是利用向量共线的坐标表达式x1y2 x2y1=0求解.
变式 (1) 已知向量a=(2,m),b=( 1,1),若a∥b,则实数m= (  )
A. 1  B.0
C. 2  D.2
【解析】
    因为a=(2,m),b=( 1,1),a∥b,所以2×1+m=0,解得m= 2.
C
变式 (2) 若向量a=(x,1 x2)与向量b=(4, 6)方向相同,则实数x= (  )
A.  B.
C.2  D. 2
【解析】
    由题意可得 6x 4(1 x2)=0,即2x2 3x 2=0,解得x=2或x= .当x=2时,a=(2, 3),此时b=2a,所以向量a与向量b方向相同,符合题意;当x= 时,a=,此时b= 8a,所以向量a与向量b方向相反,不符合题意.所以x=2.
C
变式 (3) 已知a=(1,2),b=( 3,2),当k为何值时,ka+b与a 3b平行?
【解答】
    ka+b=k(1,2)+( 3,2)=(k 3,2k+2),a 3b=(1,2) 3( 3,2)=(10, 4).
方法一:当ka+b与a 3b平行时,存在唯一实数λ,使ka+b=λ(a 3b).由(k 3,2k+2)=λ(10, 4),得解得k=λ= .
方法二:因为ka+b与a 3b平行,所以(k 3)×( 4) 10(2k+2)=0,解得k= .
探究
3
由坐标解决三点共线问题
   (课本P32例8)已知A( 1, 1),B(1,3),C(2,5),判断A,B,C三点之间的位置关系.
3
【解答】
    在平面直角坐标系中作出A,B,C三点,如图.观察图形,我们猜想A,B,C三点共线.下面来证明.因为=(1 ( 1),3 ( 1))=(2,4),=(2 ( 1),5 ( 1))=(3,6),又2×6 4×3=0,所以∥.又直线AB,直线AC有公共点A,所以A,B,C三点共线.
判断向量(或三点)共线的3个步骤
变式 已知向量=(k,12),=(4,5),=(10,k),若A,B,C三点共线,则k的值为 (  )
A. 2或11  B.2或11
C. 2或 11  D.2或 11
【解析】
    由=(k,12),=(4,5),=(10,k),得==(4 k, 7),==(6,k 5).又A,B,C三点共线,所以∥,所以(4 k)(k 5) ( 7)×6=0,整理得k2 9k 22=0,解得k= 2或11.
A
探究
4
线段的定比分点
1.中点坐标公式:若点P1,P2的坐标分别是(x1,y1),(x2,y2),线段P1P2的中点P的坐标为(x,y),则此公式为线段P1P2的中点坐标公式.
2.推广任意分点坐标公式:若线段P1P2的端点坐标分别是P1(x1,y1),P2(x2,y2),点P满足=λ,则点P的坐标为.
说明:(1) 当λ>0时,点P在线段P1P2上;(2) 当λ< 1时,点P在线段P1P2的延长线上;(3) 当 1<λ<0时,点P在线段P1P2的反向延长线上.
   (课本P32例9)设P是线段P1P2上的一点,点P1,P2的坐标分别是(x1,y1),(x2,y2).
(1) 当P是线段P1P2的中点时,求点P的坐标;
【解答】
    如图(1),由向量的线性运算可知=+)=,所以点P的坐标是.
4
图(1)
   (课本P32例9)设P是线段P1P2上的一点,点P1,P2的坐标分别是(x1,y1),(x2,y2).
(2) 当P是线段P1P2的一个三等分点时,求点P的坐标.
【解答】
    当点P是线段P1P2的一个三等分点时,有两种情况,即==2.如果=(如图(2)),那么=+=+=+)=+=
4
图(2)
图(3)
,即点P的坐标是.同理,如果=2(如图(3)),那么点P的坐标是.
变式 已知点O(0,0),向量=(2,3),=(6, 3),P是线段AB的三等分点,则点P的坐标是 (  )
A.  B.
C.  D.
【解析】
    因为=(2,3),=(6, 3),所以==(4, 6).又因为P是线段AB的三等分点,则====,所以=+==+=,即点P的坐标为. 
B
随堂内化·及时评价
1.已知D,E分别为△ABC的边AB,AC的中点,若=(3,4),B( 2, 3),则点C的坐标为 (  )
A.(4,5)  B.(1,1)
C.( 5, 7)  D.( 8, 11)
【解析】
    因为D,E分别为AB,AC的中点,所以=2=(6,8).设C(x,y),又B( 2, 3),所以(x+2,y+3)=(6,8),即解得故点C的坐标为(4,5).
A
2.已知a=(1,2),b=(2, 2),c=(1,λ),若c∥(2a+b),则λ= (  )
A.   B.
C.  D.
【解析】
    2a+b=(4,2),因为c∥(2a+b),c=(1,λ),所以4λ 2=0,解得λ=.
C
3.已知向量a=(1, 2),b=(x, 1),c=( 4,x),若2a+b,a c反向共线,则实数x的值为 (  )
A. 7  B.3
C.3或 7  D. 3或7
【解析】
    因为a=(1, 2),b=(x, 1),c=( 4,x),所以2a+b=(2+x, 5),a c=(5, 2 x).因为2a+b,a c共线,所以(2+x)×( 2 x) ( 5)×5=0,解得x=3或x= 7.又2a+b,a c反向共线,代入验证可知x=3时为同向,舍去.而x= 7满足条件,所以x= 7.
A
4.已知向量a=(1,λ),b=(2,1),c=(1, 2),若向量2a+b与c共线,则λ=________.
【解析】
    因为向量a=(1,λ),b=(2,1),c=(1, 2),所以2a+b=(4,2λ+1).由2a+b与c共线得 8 (2λ+1)=0,解得λ= .
第3课时 平面向量数乘运算的坐标表示
一、 单项选择题
1.下列向量组中,能作为表示它们所在平面内所有向量的基底的是(  )
A.e1=(0,0),e2=()
B.e1=(1,3),e2=(3,9)
C.e1=(2,6),e2=(4,9)
D.e1=(1,-1),e2=(-3,3)
2.已知向量a=(2,1),b=(3,2),c=(6,λ),若(3a-b)∥c,则λ的值为(  )
A.2 B.
C.18 D.6
3.已知点A(1,3),B(m-5,1),C(3,m+1),若A,B,C三点共线,则的坐标为(  )
A.(-2,2) B.(2,-2)
C.(2,2) D.(-2,-2)
4.已知P1(2,3),P2(-1,4),且||=2||,点P在线段P1P2的延长线上,则点P的坐标为(  )
A.(-5,4) B.
C.(4,-5) D.(-4,5)
二、 多项选择题
5.已知A(1,1),B(3,-1),C(a,b),则下列说法正确的是(  )
A.若A,B,C三点共线,则a+b=2
B.若A,B,C三点共线,则a=b
C.若=2,则点C的坐标是(2,0)
D.若=2,则点C的坐标是(5,-3)
6.已知向量=(1,2),=(2,3),=(m+2,3-m),若点A,B,C能构成三角形,则实数m可以是(  )
A.0 B.1
C.-1 D.-2
三、 填空题
7.已知两不相等的向量a=(1,m),b=(m-1,2),且2a-b与a共线,则实数m=________.
8.已知点A(0,1),B(2,5),C(x,-3),则的坐标是________;若A,B,C三点共线,则实数x= ________.
四、 解答题
9.已知向量a=(3,2),b=(-1,2),c=(4,1).
(1) 求满足a=mb+nc的实数m,n;
(2) 若(a+kc)∥(2b-a),求实数k.
10.已知e1,e2是平面内两个不共线的非零向量,=2e1+e2,=-e1+λe2,=-2e1+e2,且A,E,C三点共线.
(1) 求实数λ的值;
(2) 已知e1=(2,1),e2=(2,-2),点D(3,5),若A,B,C,D四点按逆时针顺序构成平行四边形,求点A的坐标.
11.设向量a,b满足a=(a,1),b=(2-b,1)(a,b>0),且a∥b,则+的最小值为(  )
A. B.2
C.4 D.1
12.已知0<θ<π,向量a=,b=(1,sin θ),且a∥b,则θ=________.
13.如图,在直角梯形OABC中,OA∥CB,OA⊥OC,OA=2BC=2OC,M为AB上靠近B的三等分点,OM交AC于D,P为线段BC上的一个动点.
(1) 用;
(2) 设=+,求λ,μ的取值范围.
(第13题)
第3课时 平面向量数乘运算的坐标表示
基础打底·熟练掌握
1.C 【解析】 因为零向量不能作为基底,所以A错误.因为1×9=3×3,所以e1=(1,3)与e2=(3,9)共线,B错误.因为2×9≠6×4,所以e1=(2,6)与e2=(4,9)不共线,可以作为表示它们所在平面内所有向量的基底,C正确.因为1×3=(-1)×(-3),所以e1=(1,-1)与e2=(-3,3)共线,D错误.
2.A 【解析】 由题意得3a-b=3(2,1)-(3,2)=(3,1),因为(3a-b)∥c,c=(6,λ),所以3λ=6,解得λ=2.
3.D 【解析】 由题意可知=(m-6,-2),=(2,m-2),由于A,B,C三点共线,所以与共线,所以(m-6)·(m-2)=-4 (m-4)2=0 m=4,所以=(-2,-2).
4.D 【解析】 由题意得=2,设P(x,y),则(2-x,3-y)=2(-1-x,4-y),所以2-x=-2-2x,3-y=8-2y,解得x=-4,y=5,故P(-4,5).
5.AD 【解析】 由已知得=(2,-2),=(a-1,b-1),若A,B,C三点共线,则∥,所以2(b-1)+2(a-1)=0,即a+b=2,所以A正确,B错误;若=2,则(a-1,b-1)=2(2,-2),所以解得故点C的坐标为(5,-3),所以D正确,C错误.
6.BCD 【解析】 因为=(1,2),=(2,3),=(m+2,3-m),则=(1,1),=(m,-m).若点A,B,C能构成三角形,点A,B,C不共线,则,不共线,可得-m≠m,即m≠0.
7.-1 【解析】 2a-b=(2,2m)-(m-1,2)=(3-m,2m-2),由于2a-b与a共线,所以1×(2m-2)=m×(3-m),即m2-m-2=(m+1)(m-2)=0,解得m=-1或m=2.又当m=2时,a=b=(1,2),故m=-1.
8.(2,4) -2 【解析】 因为A(0,1),B(2,5),C(x,-3),所以=(2-0,5-1)=(2,4),=(x-0,-3-1)=(x,-4).因为A,B,C三点共线,所以∥,所以2×(-4)-4x=0,解得x=-2.
9.【解答】 (1) 由向量a=(3,2),b=(-1,2),c=(4,1),a=mb+nc,得解得m=,n=.
(2) a+kc=(3+4k,2+k),2b-a=(-5,2),由(a+kc)∥(2b-a),得2(3+4k)=-5(2+k),解得k=-.
10.【解答】 (1) 由题意,=+=(2e1+e2)+(-e1+λe2)=e1+(1+λ)e2,由A,E,C三点共线知,存在实数k,使得=k,即e1+(1+λ)e2=k(-2e1+e2),得(1+2k)e1=(k-1-λ)e2,因为e1,e2是平面内两个不共线的非零向量,所以解得k=-,λ=-.
(2) =+=-3e1-e2=(-6,-3)+(-1,1)=(-7,-2),由A,B,C,D四点按逆时针顺序构成平行四边形,知=.设A(x,y),则=(3-x,5-y),=(-7,-2),所以解得即点A的坐标为(10,7).
能力进阶·融会贯通
11.B 【解析】 因为a=(a,1),b=(2-b,1),且a∥b,所以1×a=1×(2-b),即a+b=2.因为a,b>0,所以+=(a+b)=≥=2,当且仅当=,即a=b=1时取等号.
12. 【解析】 因为a∥b,所以sin2θ=2cos2,所以4sin2·cos2=2cos2,因为0<θ<π,cos≠0,所以sin2=,sin=,所以=,θ=.
13.【解答】 (1) 因为M为AB上靠近B的三等分点,所以==-).又CB∥OA,且CB=OA,所以=,则=+=-=--)=+=++)=+=+,即=+.
(2) 根据题意,因为OA⊥OC,故以O为坐标原点,建立如图所示的平面直角坐标系.设OA=2,则A(2,0),C(0,1),B(1,1),O(0,0).因为点P在CB上运动,故可设其坐标为(m,1),0≤m≤1,则=(1,1),=(2,-1),=(m,1).由=λ+μ,可得1=2λ+μm,1=-λ+μ,则μ=,λ=μ-1,因为m∈[0,1],所以m+2∈[2,3],故μ∈,λ∈.
(第13题)第3课时 平面向量数乘运算的坐标表示
学习 目标 1.掌握平面向量数乘运算的坐标表示. 2.理解用坐标表示的平面向量共线的条件. 3.能根据平面向量的坐标,判断向量是否共线.
新知初探基础落实
问题1:上节课我们学面向量加、减法的坐标表示.若a=(x1,y1),b=(x2,y2),则a+b,a b的坐标是什么?已知A(x1,y1),B(x2,y2),如何求的坐标?
a+b=(x1+x2,y1+y2),a b=(x1 x2,y1 y2).
==(x2,y2) (x1,y1)=(x2 x1,y2 y1).
一、 概念生成
问题2:除了向量的加、减法运算外,我们还学习了向量的数乘运算,如何用坐标表示向量的数乘运算呢?已知a=(x,y),你能得到λa的坐标吗?
因为a=(x,y),所以λa=λ(xi+yj)=λxi+λyj,即λa=(λx,λy).
请同学阅读课本P31—P33,完成下列填空.
二、 概念表述
1.平面向量数乘运算的坐标表示
(1) 语言表示: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.
(2) 坐标表示:a=(x,y),λ∈R,则λa=__(λx,λy)__.
2.平面向量共线的坐标表示
设a=(x1,y1),b=(x2,y2),其中b≠0,则a,b共线的充要条件是存在实数λ,使a=λb.
如果用坐标表示,可写为(x1,y1)=λ(x2,y2),当且仅当__x1y2 x2y1=0__时,向量a,b(b≠0)共线.
注意:向量共线的坐标形式极易写错,如写成x1y1 x2y2=0或x1x2 y1y2=0都是不对的,因此要理解并熟记这一公式,可简记为:纵横交错积相减.
典例精讲能力初成
探究1 由坐标判断向量是否共线
例1 (多选)下列各组向量中,不能作为基底的是( ABD )
A.e1=(0,0),e2=(3,4)
B.e1=(6,2),e2=(3,1)
C.e1=(1,2),e2=(2, 1)
D.e1=( 4,3),e2=
【解析】要使平面中两个向量作为基底,必须满足是非零向量,且不共线,即不存在倍数关系,故A不能作为基底;对于B,e1=(6,2)=2×(3,1)=2e2,故B不能作为基底;对于D,e1=( 4,3)= 5×= 5e2,故D不能作为基底;对于C,两向量不存在倍数关系,故C可作为基底.
探究2 由向量平行(共线)求参数
例2 (课本P31例7)已知a=(4,2),b=(6,y),且a∥b,求y.
【解答】因为a∥b,所以4y 2×6=0,解得y=3.
根据向量共线条件求参数问题,一般有两种思路:一是利用向量共线定理a=λb(b≠0),列方程组求解;二是利用向量共线的坐标表达式x1y2 x2y1=0求解.
变式 (1) 已知向量a=(2,m),b=( 1,1),若a∥b,则实数m=( C )
A. 1  B.0
C. 2  D.2
【解析】因为a=(2,m),b=( 1,1),a∥b,所以2×1+m=0,解得m= 2.
(2) 若向量a=(x,1 x2)与向量b=(4, 6)方向相同,则实数x=( C )
A.  B.
C.2  D. 2
【解析】由题意可得 6x 4(1 x2)=0,即2x2 3x 2=0,解得x=2或x= .当x=2时,a=(2, 3),此时b=2a,所以向量a与向量b方向相同,符合题意;当x= 时,a=,此时b= 8a,所以向量a与向量b方向相反,不符合题意.所以x=2.
(3) 已知a=(1,2),b=( 3,2),当k为何值时,ka+b与a 3b平行?
【解答】ka+b=k(1,2)+( 3,2)=(k 3,2k+2),a 3b=(1,2) 3( 3,2)=(10, 4).
方法一:当ka+b与a 3b平行时,存在唯一实数λ,使ka+b=λ(a 3b).由(k 3,2k+2)=λ(10, 4),得解得k=λ= .
方法二:因为ka+b与a 3b平行,所以(k 3)×( 4) 10(2k+2)=0,解得k= .
探究3 由坐标解决三点共线问题
例3 (课本P32例8)已知A( 1, 1),B(1,3),C(2,5),判断A,B,C三点之间的位置关系.
【解答】在平面直角坐标系中作出A,B,C三点,如图.观察图形,我们猜想A,B,C三点共线.下面来证明.因为=(1 ( 1),3 ( 1))=(2,4),=(2 ( 1),5 ( 1))=(3,6),又2×6 4×3=0,所以∥.又直线AB,直线AC有公共点A,所以A,B,C三点共线.
判断向量(或三点)共线的3个步骤
变式 已知向量=(k,12),=(4,5),=(10,k),若A,B,C三点共线,则k的值为( A )
A. 2或11  B.2或11
C. 2或 11  D.2或 11
【解析】由=(k,12),=(4,5),=(10,k),得==(4 k, 7),==(6,k 5).又A,B,C三点共线,所以∥,所以(4 k)(k 5) ( 7)×6=0,整理得k2 9k 22=0,解得k= 2或11.
探究4 线段的定比分点
1.中点坐标公式:若点P1,P2的坐标分别是(x1,y1),(x2,y2),线段P1P2的中点P的坐标为(x,y),则此公式为线段P1P2的中点坐标公式.
2.推广任意分点坐标公式:若线段P1P2的端点坐标分别是P1(x1,y1),P2(x2,y2),点P满足=λ,则点P的坐标为.
说明:(1) 当λ>0时,点P在线段P1P2上;(2) 当λ< 1时,点P在线段P1P2的延长线上;(3) 当 1<λ<0时,点P在线段P1P2的反向延长线上.
例4 (课本P32例9)设P是线段P1P2上的一点,点P1,P2的坐标分别是(x1,y1),(x2,y2).
(1) 当P是线段P1P2的中点时,求点P的坐标;
【解答】如图(1),由向量的线性运算可知=+)=,所以点P的坐标是.
图(1)
(2) 当P是线段P1P2的一个三等分点时,求点P的坐标.
【解答】当点P是线段P1P2的一个三等分点时,有两种情况,即=或=2.如果=(如图(2)),那么=+=+=+)=+=,即点P的坐标是.同理,如果=2(如图(3)),那么点P的坐标是.
图(2)
图(3)
变式 已知点O(0,0),向量=(2,3),=(6, 3),P是线段AB的三等分点,则点P的坐标是( B )
A.  B.或
C.  D.或
【解析】因为=(2,3),=(6, 3),所以==(4, 6).又因为P是线段AB的三等分点,则==或==,所以=+=或=+=,即点P的坐标为或. 
随堂内化及时评价
1.已知D,E分别为△ABC的边AB,AC的中点,若=(3,4),B( 2, 3),则点C的坐标为( A )
A.(4,5)  B.(1,1)
C.( 5, 7)  D.( 8, 11)
【解析】因为D,E分别为AB,AC的中点,所以=2=(6,8).设C(x,y),又B( 2, 3),所以(x+2,y+3)=(6,8),即解得故点C的坐标为(4,5).
2.已知a=(1,2),b=(2, 2),c=(1,λ),若c∥(2a+b),则λ=( C )
A.   B.
C.  D.
【解析】2a+b=(4,2),因为c∥(2a+b),c=(1,λ),所以4λ 2=0,解得λ=.
3.已知向量a=(1, 2),b=(x, 1),c=( 4,x),若2a+b,a c反向共线,则实数x的值为( A )
A. 7  B.3
C.3或 7  D. 3或7
【解析】因为a=(1, 2),b=(x, 1),c=( 4,x),所以2a+b=(2+x, 5),a c=(5, 2 x).因为2a+b,a c共线,所以(2+x)×( 2 x) ( 5)×5=0,解得x=3或x= 7.又2a+b,a c反向共线,代入验证可知x=3时为同向,舍去.而x= 7满足条件,所以x= 7.
4.已知向量a=(1,λ),b=(2,1),c=(1, 2),若向量2a+b与c共线,则λ=__ __.
【解析】因为向量a=(1,λ),b=(2,1),c=(1, 2),所以2a+b=(4,2λ+1).由2a+b与c共线得 8 (2λ+1)=0,解得λ= .

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