高中数学必修五是高几的书-高中数学多元变量
高中数学必修4知识点总结
平面向量
知识点归纳
一.向量的基本概念与基本运算
1向量的概念:
?
?
?
①向量:既有大小又有方向的量向量一般用
a
,
b
,
c
……
来表示,或用有向线段的起点与终
点的大写字母表示,如:
AB
几何表示法
AB
,
a
;坐标表示法
a?xi?yj?(x,y)
向
uuuruuur
?
?
uuur
?
量的大小即向量的模(长
度),记作|
AB
|即向量的大小,记作|
a
|
向量不能比较大小,但向量的模可以比较大小.
??
?
?
0
与任意向量平行零向量
a
=
0
?
|
②零向量:长度为0的
向量,记为
0
,其方向是任意的,
rr
?
00
a
|
=0 由于的方向是任意的,且规定平行于任何向量,故在有关向量平行(共线)的
问题中务必看清楚是
否有“非零向量”这个条件.(注意与0的区别)
③单位向量:模为1个单位长度的向量
<
br>向量
a
0
为单位向量
?
|
a
0
|=
1
??
④平行向量(共线向量):方向相同或相反的非零向量任意一组平行向量都可
以移到同一直
?
?
线上方向相同或相反的向量,称为平行向量记作
a
∥
b
由于向量可以进行任意的平移(即自
由向量),平行向量总可以平移到同一直线上
,故平行向量也称为共线向量
数学中研究的向量是自由向量,只有大小、方向两个要素,起点
可以任意选取,现在必
须区分清楚共线向量中的“共线”与几何中的“共线”、的含义,要理解好平行向
量中的“平
行”与几何中的“平行”是不一样的.
?
?
⑤相等向量:长度相
等且方向相同的向量相等向量经过平移后总可以重合,记为
a
?
b
大
小相等,方向相同
?
x
1
?
x
2
(
x1
,
y
1
)
?
(
x
2
,y
2
)
?
?
y
?
y
2
?
1
2向量加法
求两个向量和的运算叫做向量的加法
ruuuruuur
uuur
r
uuur
r
?
r
uuu
设
AB?a,BC?b
,
则
a
+
b
=
AB?BC
=
AC
?
??
?
?
(1)
0?
a
?
a
?
0?
a
;(2)向量加法满足交换律与结合律;
向量加法有“三角形法则”与“平行四边形法则”:
(1)用平行四边形法则时,两个已知向
量是要共始点的,和向量是始点与已知向量的
始点重合的那条对角线,而差向量是另一条对角线,方向是
从减向量指向被减向量
(2) 三角形法则的特点是“首尾相接”,由第一个向量的起
点指向最后一个向量的终
点的有向线段就表示这些向量的和;差向量是从减向量的终点指向被减向量的终
点
当两个向量的起点公共时,用平行四边形法则;当两向量是首尾连接时,用三角形法
则.向
量加法的三角形法则可推广至多个向量相加:
uuuruuuruuuruuuruuuruuur<
br>AB?BC?CD?L?PQ?QR?AR
,但这时必须“首尾相连”.
3向量的减法
??
①
相反向量:与
a
长度相等、方向相反的向量,叫做
a
的相反向量
?
记作
?
a
,零向量的相反向量仍是零向量
?
??
??
?
?
关于相反向量有:
(i)
?
(
?
a)
=
a
; (ii)
a
+(
?
a
)=(
?a
)+
a
=
0
;
?
?
?
?
?
?
?
?
?
(iii)若
a
、
b
是互为相反向量,则
a
=<
br>?
b
,
b
=
?
a
,
a
+<
br>b
=
0
?
??
?
②向量减法:向量
a
加上
b
的相反向量叫做
a
与
b
的差,
?
?
?
?
记作:
a
?
b
?
a<
br>?
(
?
b)
求两个向量差的运算,叫做向量的减法
?
?
?
??
?
③作图法:
a
?
b
可以表示
为从
b
的终点指向
a
的终点的向量(
a
、
b
有共同起点)
4实数与向量的积:
??
①实数λ与向量
a
的积
是一个向量,记作λ
a
,它的长度与方向规定如下:
(Ⅰ)
?
a
?
?
?
a
;
??<
br>?
?
当
?
?0
时,
?
a?
0
,方向是任意的
(Ⅱ)当
?
?0
时,λ
a
的方
向与
a
的方向相同;当
?
?0
时,λ
a
的方向与<
br>a
的方向相反;
????
②数乘向量满足交换律、结合律与分配律
5两个向量共线定理:
??
?
?
向量
b
与非零向
量
a
共线
?
有且只有一个实数
?
,使得
b
=
?
a
6平面向量的基本定理:
如果
e
1,e
2
是一个平面内的两个不共线向量,那么对这一平面内的任一向量
a
,有且只
有一对实数
?
1
,
?
2
使:
a<
br>?
?
1
e
1
?
?
2
e
2<
br>,其中不共线的向量
e
1
,e
2
叫做表示这一平面内所有向量的一组基底
7 特别注意:
(1)向量的加法与减法是互逆运算
(2)相等向量与平行向量有区别,向量平行是向量相等的必要条件
(3)向量平行与直线平
行有区别,直线平行不包括共线(即重合),而向量平行则包括共线
(重合)的情况
(4)向量的坐标与表示该向量的有向线条的始点、终点的具体位置无关,只与其相对位置
有关
学习本章主要树立数形转化和结合的观点,以数代形,以形观数,用代数的运算处理几
???
?????
何问题,特别是处理向量的相关位置关系,正确运用共线向量
和平面向量的基本定理,计算
向量的模、两点的距离、向量的夹角,判断两向量是否垂直等由于向量是一
新的工具,它
往往会与三角函数、数列、不等式、解几等结合起来进行综合考查,是知识的交汇点
例1 给出下列命题:
r
rr
r
①
若|
a
|=|
b
|,则
a
=
b
;
uuuruuur
② 若
A
,
B
,
C
,<
br>D
是不共线的四点,则
AB?DC
是四边形
ABCD
为平行四
边形的充
要条件;
r
rr
r
r
r
③ 若
a
=
b
,
b
=
c
,则
a
=
c
,
r
r
r
rr
r
④
a
=<
br>b
的充要条件是|
a
|=|
b
|且
a
b
;
r
rr
r
r
r
⑤ 若
a
b
,
b
c
,则
a
c
,
其中正确的序号是
解:①不正确.两个向量的长度相等,但它们的方向不一定相同.
uuuruuuruuuruuur
uuuruuur
② 正确.∵
AB?DC
,∴
|AB|?|DC|
且
ABDC
,
又
A
,
B
,
C
,
D
是不共线的四点,∴
四边形
ABCD
为平行四边形;反之,若四边形
uuuruuur
uuur
uuur
ABCD
为平行四边形,则,
ABDC
且
|AB|?|DC
|
,
uuuruuur
因此,
AB?DC
.
r
r
r
r
③ 正确.∵
a
=
b
,∴
a
,
b
的长度相等且方向相同;
r
r
r
r
又
b
=
c
,∴
b
,
c
的长度相等且方向相同,
∴
a
,
c
的长度相等且方向相同,故
a
=
c
.
r
r<
br>r
r
rr
r
r
rr
r
r
④
不正确.当
a
b
且方向相反时,即使|
a
|=|
b
|,也不能得到
a
=
b
,故|
a
|=|
b
|
r
r
r
r
且
a
b
不是
a
=
b
的充要条件,而是必要不充分条件.
rr
⑤ 不正确.考虑
b
=
0
这种特殊情况.
综上所述,正确命题的序号是②③.
点评:本例主要复习向量的基本概念.向量的基本概念较
多,因而容易遗忘.为此,复
习一方面要构建良好的知识结构,另一方面要善于与物理中、生活中的模型
进行类比和联想.
例2 设
A
、
B
、
C
、
D
、
O
是平面上的任意五点,试化简:
uuuruuuruuuruuu
ruuuruuuruuuruuuruuuruuur
①
AB?BC?CD
,②DB?AC?BD
③
?OA?OC?OB?CO
uuuruuuruuuruuuruuuruuur
解:①原式=
(AB?BC)?CD?AC?CD?AD
uuuruuuruuurruuuruuur
②原式=
(DB?BD)?AC?0?AC?AC
uuuruuuruuuruuuruuuruuuruuuruuurruuur
③原式=
(OB?OA)?(?OC?CO)?AB?(OC?CO)?AB?0?AB
r<
br>r
r
r
r
rr
r
r
r
例3设非零向
量
a
、
b
不共线,
c
=
k
a
+<
br>b
,
d
=
a
+
k
b
(
k
?R),若
c
∥
d
,试求
k
r
r
解:∵
c
∥
d
r
r
∴由向量共线的充要条件得:
c
=λ
d
(λ?R)
r
r
r
r
r
r
r
即
k
a
+
b
=λ(
a
+
k
b
)
∴(
k
?λ)
a
+ (1?λ
k
)
b
=
0
r
r
又∵
a
、
b
不共线
∴由平面向量的基本定理
?
?
k
?
?
?
0
?
k
??
1
?
1
?
k
?
?
0
二.平面向量的坐标表示
rr
1平面向量的坐标表示:在直角坐标系中,分别取与x
轴、y轴方向相同的两个单位向量
i,j
作为基底由平面向量的基本定理知,该平面内的任一向
量
a
可表示成
a?xi?yj
,由于
a
与
r
r
rr
r
数对(x,y)是一一对应的,因此把(x,y)叫做向量
a的坐标,记作
a
=(x,y),其中x叫作
a
在x轴
上的坐标,
y叫做在y轴上的坐标
(1)相等的向量坐标相同,坐标相同的向量是相等的向量
(2)向量的坐标与表示该向量的有向线段的始点、终点的具体位置无关,只与其相对位
置有关
2平面向量的坐标运算:
rrr
r
rr
r
(1) 若a?
?
x
1
,y
1
?
,b?
?
x
2
,y
2
?
,则
a?b?
?
x
1
?x
2
,y
1
?y
2
?
uuur
(2) 若
A
?
x
1
,y
1?
,B
?
x
2
,y
2
?
,则
AB?
?
x
2
?x
1
,y
2
?y
1
?
rr
(3)
若
a
=(x,y),则
?
a
=(
?
x,
?
y)
r
r
r
r
(4) 若
a?
?
x
1
,y
1
?
,b?
?
x
2
,y
2
?
,则
ab?x
1
y
2
?
x
2
y
1
?0
r
r
r
r
(5) 若
a?
?
x
1
,y
1
?
,b?
?
x
2
,y
2<
br>?
,则
a?b?x
1
?x
2
?y
1
?y
2
r
r
若
a?b
,则
x
1
?x
2
?y
1
?y
2
?
0
3
向量的运算向量的加减法,数与向量的乘积,向量的数量(内积)及其各运算的坐标表示
和性质
运
算
类
型
向
量
的
加
法
向
量
的
减
法
向
量
的
乘
法
几何方法 坐标方法 运算性质
1
平行四边形法则
2
三角形法则
r
r
?
??
?
a?b?(x
1
?x
2
,y
1
?
y
2
)
a
?
b
?
b
?
a
?
?
??
?
?
(a
?
b)
?
c
?a
?
(b
?
c)
uuuruuuruuur
AB?BC?AC
三角形法则
??
?
?
r
r
a?b?(x
1
?x
2<
br>,y
1
?y
2
)
a
?
b
?
a
?
(
?
b)
uuuruuur
AB??BA
uuuruuuruuur
OB?OA?AB
?
a
是一个向量,
满足:
?
?
?
>0时,
?
a
与
a
同向;
?
?
?
<0时,
?
a
与
a
异向;
?
?
a?(
?
x,
?
y)
?
(
?
a)?(
??
)a
???
(
?
?
?
)
a
?
?
a
?
?
a
?
?
?
?
?
(
a
?
b
)?
?
a
?
?
b
??
?
?
?
=0时,
?
a
=
0
?
?
?
?
a
∥
b
?
a
?
?
b
向
量
的
数
量
积
?
?
a
?
b
是一个数
r
r
a?
b?x
1
x
2
?y
1
y
2
?<
br>?
?
?
a
?
b
?
b
?
a<
br>
?
?
?
?
?
?
(
?
a)
?
b
?
a
?
(
?
b)
?
?
(a
?
b)
?
?
???
?
?
(
a
?
b
)?
c
?
a
?
c
?
b
?
c
?
?
?
?
a?
0
或
b?0
时,
?
?
a
?
b
=0
?
?
?
?
a?
0
且
b?0
时,
??
?
a
2
?
|a|
2
,
|a|
?x
2
?y
2
?
?
?
?
??
?
?
?
?
a?b?
|
a
||
b
|cos
?a
,
b?
|a
?
b|
?
|a||b|
rrrr
rrrrr
r
例1 已知向量
a?(1,2),b?(x,
1),u?a?2b
,
v?2a?b
,且
uv
,求实数
x<
br>的值
rr
rrrrr
r
解:因为
a?(1,2),
b?(x,1),u?a?2b
,
v?2a?b
rr
所以
u?(1,2)?2(x,1)?(2x?1,4)
,
v?2(1,2)?(x,1)?(2?
x,3)
rr
又因为
uv
所以
3(2x?1)?4(2?x)?0
,即
10x?5
1
解得
x?
2
例2已知点
A(4,0),B(4
,4),C(2,6)
,试用向量方法求直线
AC
和
OB
(
O
为坐标原点)交
点
P
的坐标
uuuruuur<
br>解:设
P(x,y)
,则
OP?(x,y),AP?(x?4,y)
因为
P
是
AC
与
OB
的交点
所以
P
在直线
AC
上,也在直线
OB
上
uuuruuuruuuruuur
OPOB,APAC
即得
uuuruu
ur
由点
A(4,0),B(4,4),C(2,6)
得,
AC?(?2,6
),OB?(4,4)
?
6(x
?
4)
?
2y<
br>?
0
得方程组
?
?
4x
?
4y<
br>?
0
?
x
?
3
解之得
?
y
?
3
?
故直线
AC
与
OB
的交点
P
的坐标为
(3,3)
三.平面向量的数量积
1两个向量的数量积:
r
r
r
r
r
r
已
知两个非零向量
a
与
b
,它们的夹角为
?
,则
a<
br>·
b
=︱
a
︱·︱
b
︱cos
?
r
r
r
r
叫做
a
与
b
的数量积(
或内积)
规定
0?a?0
r
r
rr
r
a
?
b
2向量的投影:︱
b
︱cos
?
=
r
∈R,称为向量
b
在
a
方向上的投影投影的绝对值称为射
|a|
影
r
rr
r
r
3
数量积的几何意义: <
br>a
·
b
等于
a
的长度与
b
在
a方向上的投影的乘积
4向量的模与平方的关系:
a?a?a?|a|
rrr
2
r
2
5
乘法公式成立:
????r
r
rr
rr
?
a?b
?
?a?2a?b?b
2
2
r
r
r
r
r
2
r
2
r
2
r
2
a?b?a?b?a?b?a?b
;
2
r
2
r
rr
2
?a?2a?b?b
6
平面向量数量积的运算律:
r
rr
r
①交换律成立:
a?b?b?a
rr
r
r
r
r
②对实数的结合律成立:
?
?a
?
?b?
?
a?b?a?
?
b
?
?
?R
?
??
r
r
rrr
r
rr
r
r
③分配律成立:
?
a?b
?
?c?a?c?b?c?c
?
?
a?b
?
r
r
rr
r
r<
br>特别注意:(1)结合律不成立:
a?
?
b?c
?
?
?
a?b
?
?c
;
r
r
rr
(2)消去
律不成立
a?b?a?c
r
r
不能得到
b?c?
??
r
r
r
r
r
r
(3)
a?b
=0不能得到
a
=
0
或
b
=
0
7两个向量的数量积的坐标运算:
r
r
r
r
已知两
个向量
a?(x
1
,y
1
),b?(x
2
,y2
)
,则
a
·
b
=
x
1
x<
br>2
?y
1
y
2
ruuur
r
uu
ur
r
r
8向量的夹角:已知两个非零向量
a
与
b
,作
OA
=
a
,
OB
=
b
,则∠AOB=
?
r
r
(
0?
?
?180
)叫做向量
a
与
b
的
夹角
r
r
r
r
x
1
x
2
?y
1
y
2
a
?
b
cos
?
=
cos
?
a
,
b
??
r
r
= <
br>2222
a
?
b
x
1
?
y
1
?
x
2
?
y
2
00
r
r
rr
r
00
当且仅当两个非零向量
a
与
b
同方向
时,θ=0,当且仅当
a
与
b
反方向时θ=180,同时
0
与
其它任何非零向量之间不谈夹角这一问题
r
r
r
r
r<
br>r
0
9垂直:如果
a
与
b
的夹角为90则称
a
与
b
垂直,记作
a
⊥
b
10
两个非零向量垂直的充要条件
:
?
?
?
?<
br>a
⊥
b
?
a
·
b
=O
?
x
1
x
2
?y
1
y
2
?
0
平面向量数量积的性质
例1 判断下列各命题正确与否:
r
r
r
(1)
0?a?0
;(2)
0?a?0
;
r
r
r
r
r
rr
(3)若
a?0,a?b?a?c
,则
b?c;
r
rr
r
rrr
r
⑷若
a?b?a?c<
br>,则
b?c
当且仅当
a?0
时成立;
r
r
rr
r
rr
r
r
(5)
(a?b)?c?a?(b?c)<
br>对任意
a,b,c
向量都成立;
(6)对任意向量
a
,有
a?a
r
r
2
r
2
解:⑴错; ⑵对; ⑶错; ⑷错; ⑸
错;⑹对
r
rrr
rr
r
r
r
r
0
例2已知两单位向量
a
与
b
的夹角为
120
,若
c?2a?b,d?3b?a
,试求
c
与
d
的
夹角
r
r
r
r
0
解:由题意,
a?b?1
,且
a
与
b
的夹角为
120
,
r
r
r
r
1
0
所以,
a?b?abcos120
??
,
2
r
r
r
r
r
2
rrr
2
r
2
rr
Qc?c?c?
(2a?b)?(2a
?b)
?4a?4a?b?b?7
,
r
?c?7
,
r
同理可得
?d?13
r
r
r
2
r
r
r
r
r
r
r
2
17
而
c?d?
(2a?b)?(3b?a)?7a?b?3b?2a??
,
2
r
r
设
?
为
c
与
d
的
夹角,
则
cos
?
?
17
2713
??
1791
1791
?
?
?
?
?arccos
182
182
点评:向量的模的求法和向量间的乘法计算可见一斑
r
r
rr
r
rr
r
例3 已知
a?
?
4,3
?
,
b?
?
?1,2
?
,m?a?
?
b,
n?2a?b
,按下列条件求实数
?
的
值
(1)
m?n
;(2)
mn
;
(3)m?n
rr
rr
rr
r
rrrr
r
解:
m?a?
?
b
?
?
4?
?
,3?2
?
?
,
n?2a?b
?
?
7,8
?
rr
52
?
(1)
m?n
?
?
4?
?
?
?7?
?
3?2<
br>?
?
?8?0
?
?
??
;
9
rr
1
(2)
mn
?
?
4?
?
?
?8
?
?
3?2
?
?
?7?0
?
?
??
;
2
rr
(3)m?n
?
?
4?
?
?
2
?
?
3?2
?
?
2
2?211
5
?7
2
?8
2
?5
?
2
?4<
br>?
?88?0
?
?
?
点评:此例展示了向量在坐标形式下的基本运算
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