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- 2021-06-16 发布
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精读教材·必备知识 互动探究·关键能力 评价检测·素养提升
第六章 平面向量及其应用
6.3.2 平面向量的正交分解及坐标表示
第
一
篇
教
材
过
关
6.3.3 平面向量加、减运算的坐标表示
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在平面直角坐标系中,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,任作一向量 .
问题1:根据平面向量基本定理,有 =xi+yj,那么(x,y)与A点的坐标相同吗?
OA
OA
情景导学
精读教材·必备知识
答案 相同.
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问题2:如果向量 也用(x,y)表示,那么向量 与实数对(x,y)之间是否一一
对应?
OA
OA
答案 一一对应.
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1.平面向量的正交分解及坐标表示
(1)正交分解:把一个向量分解为两个互相① 的向量,叫做把向量作正交分解.
(2)向量的坐标表示:
垂直
教材研读
前提 设与x轴、y轴方向相同的两个② 向量分别
为i,j,取{i,j}作为③
线性表示 对于平面内的任意一个向量a,由平面向量基本
定理可知,④ 一对实数x,y,使得a=xi+yj
坐标表示 把有序数对⑤ 叫做向量a的坐标,记作a=(x,y)
特殊坐标 i=⑥ ,j=⑦ ,0=(0,0)
单位
基底
有且只有
(x,y)
(1,0) (0,1)
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特别提醒
点的坐标与向量的坐标的联系与区别
(1)联系:当且仅当向量的起点为原点时,向量终点的坐标等于向量本身的坐标.
(2)区别:①点的坐标反映的是点的位置,而向量的坐标反映的是向量的大小和
方向,而向量与位置无关.
②(x,y)在平面直角坐标系中有双重意义,它既可以表示一个固定的点,又可以
表示一个向量.为了加以区分,在叙述中,常说点(x,y)或向量(x,y).
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提示 若a=(x1,y1),b=(x2,y2),
则a=b⇔ 1 2
1 2
,
.
x x
y y
思考:两个向量相等用坐标如何表示?
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2.平面向量的坐标及运算
文字描述 符号表示
点 A(x1,y1),B(x2,y2)
向量
坐标
一个向量的坐标等于表示此向
量的有向线段的终点B的坐标
减去起点A的坐标
=
⑧
AB
(x2-x1,y2-y1)
向量 设a=(x1,y1),b=(x2,y2)
加法 两个向量和的坐标分别等于这
两个向量相应坐标的和
a+b=
⑨
减法 两个向量差的坐标分别等于这
两个向量相应坐标的差
a-b=
⑩
(x1+x2,y1+y2)
(x1-x2,y1-y2)
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探究一 平面向量的坐标表示
互动探究·关键能力
例1 (1)已知向量i=(1,0),j=(0,1),对坐标平面内的任一向量a,则给出下列结论
正确的有 ( )
A.存在唯一的一对实数x,y,使得a=(x,y)
B.若x1,x2,y1,y2∈R,a=(x1,y1)≠(x2,y2),则x1≠x2,且y1≠y2
C.若x,y∈R,a=(x,y),且a≠0,则a的始点是原点O
D.若x,y∈R,a≠0,且a的终点坐标是(x,y),则a=(x,y)
A
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(2)如图所示,在边长为1的正方形ABCD中,AB与x轴正半轴成30°角.求点B和点
D的坐标以及 与 的坐标.AB
AD
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解析 (1)由平面向量基本定理,知A正确;例如,a=(1,0)≠(1,3),但1=1,故B错误;
因为向量可以平移,所以a=(x,y)与a的始点是不是原点无关,故C错误;当a的终
点坐标是(x,y)时,a=(x,y)是以a的起点是原点为前提的,故D错误.
(2)由题知B,D分别是30°角,120°角的终边与单位圆的交点.
设B(x1,y1),D(x2,y2).
由三角函数的定义,得x1=cos 30°= ,y1=sin 30°= ,x2=cos 120°=- ,
y2=sin 120°= ,
3
2
1
2
1
2
3
2
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∴B ,D ,又A(0,0),
∴ = , = .
3 1,
2 2
1 3- ,
2 2
AB
3 1,
2 2
AD
1 3- ,
2 2
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思维突破
求点、向量坐标的常用方法
(1)求一个点的坐标,可以转化为求该点相对于坐标原点的位置向量的坐标.
(2)求一个向量的坐标时,首先求出这个向量的起点坐标和终点坐标,再运用终
点坐标减去起点坐标得到该向量的坐标.
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跟踪训练
1-1 如图,在平面直角坐标系xOy中,四边形OABC为平行四边形.OA=4,AB=3,
∠AOx=45°,∠OAB=105°, =a, =b. OA
AB
(1)求向量a,b的坐标;
(2)求向量 的坐标. BA
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解析 (1)如图,作AM⊥x轴于点M,
则OM=OA·cos 45°=4× =2 ,AM=OA·sin 45°=4× =2 ,
∴A(2 ,2 ),故a=(2 ,2 ).
2
2
2 2
2
2
2 2 2 2
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∵∠AOC=180°-105°=75°,
∠AOy=45°,
∴∠COy=30°,又OC=AB=3,
易知C ,
∴ = = ,
即b= .
3 3 3- ,
2 2
AB
OC
3 3 3- ,
2 2
3 3 3- ,
2 2
(2) =- = .BA
AB
3 3 3,-
2 2
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探究二 平面向量的坐标运算
例2 (1)设i,j是平面直角坐标系内分别与x轴、y轴方向相同的两个单位向量,
且 =4i+2j, =3i+4j, = ,则C点的坐标为 ( )
A.(-2,1) B.(1,-2)
C.(2,-1) D.(-1,2)
(2)已知三点A(2,-1),B(3,4),C(-2,0),则向量 + = , - = .
OA
OB
OC
AB
AB
CA
BC
AB
D
(5,4) (-6,-9)
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解析 (1)由题意可知 = - =-i+2j.∵ = ,∴ =-i+2j,∴C(-1,2).
(2)∵A(2,-1),B(3,4),C(-2,0),
∴ =(1,5), =(4,-1),
=(-5,-4),
∴ + =(1,5)+(4,-1)=(1+4,5-1)=(5,4),
AB
OB
OA
OC
AB
OC
AB
CA
BC
AB
CA
- =(-5,-4)-(1,5)=(-5-1,-4-5)=(-6,-9).BC
AB
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思维突破
平面向量坐标运算的技巧
(1)若已知向量的坐标,则直接应用两个向量和、差的运算法则进行计算.
(2)若已知有向线段两端点的坐标,则可先求出向量的坐标,再进行向量的坐标
运算.
(3)向量加、减坐标运算可完全类比数的运算进行.
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跟踪训练
2-1 已知A(-2,4),B(3,-1),C(-3,-4),且 = , = ,求点M,N及 的坐标.CM
CA
CN
CB
MN
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解析 ∵A(-2,4),B(3,-1),
C(-3,-4),
∴ =(-2,4)-(-3,-4)=(1,8),
=(3,-1)-(-3,-4)=(6,3).
设M(x1,y1),N(x2,y2),
∵ = , = ,
∴(x1+3,y1+4)=(1,8),(x2+3,y2+4)=(6,3),
∴x1=-2,y1=4,x2=3,y2=-1,
CA
CB
CM
CA
CN
CB
∴M(-2,4),N(3,-1),
∴ =(3,-1)-(-2,4)=(5,-5).MN
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探究三 平面向量加、减运算的应用
例3 (易错题)已知点O是△ABC内一点,∠AOB=150°,∠BOC=90°,设 =a,
=b, =c,且|a|=2,|b|=1,|c|=3,求向量 , 的坐标.
OA
OB
OC
AB
BC
解析 建立如图所示的平面直角坐标系.
因为| |=|b|=1,∠AOB=150°,所以B(-cos 30°,sin 30°),OB
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所以B .
因为| |=|c|=3,∠BOC=90°,
所以C(-3sin 30°,-3cos 30°),
所以C ,
所以 = -
= ,
3 1- ,
2 2
OC
3 3 3- ,-
2 2
BC
3 3 3- ,-
2 2
3 1- ,
2 2
3-3 3 3 1,- -
2 2 2
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易知A(2,0),
所以 = -(2,0)= .AB
3 1- ,
2 2
3 1- -2,
2 2
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易错点拨
向量的坐标反映的是向量的长度和向量的方向,与终点坐标无关,只有当向量
的始点是坐标原点时,向量的坐标与终点的坐标才是一致的.
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跟踪训练
3-1 已知平面上三个点A(3,7),B(4,6),C(1,-2),求点D的坐标,使得这四个点为构
成平行四边形的四个顶点.
解析 设点D的坐标为(x,y),
①当四边形ABCD为平行四边形时, = ,
∴(4,6)-(3,7)=(1,-2)-(x,y),
AB
DC
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即(1,-1)=(1-x,-2-y),
∴ 解得 ∴D(0,-1);
②当四边形ABDC为平行四边形时,同①可得D(2,-3);
③当四边形ADBC为平行四边形时,同①可得D(6,15).
综上所述,点D的坐标可能为(0,-1)或(2,-3)或(6,15).
1- 1,
-2- -1,
x
y
0,
-1,
x
y
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1.设平面向量a=(3,5),b=(-2,1),则a+b= ( )
A.(1,6) B.(5,4)
C.(1,-6) D.(-6,5)
课堂检测
评价检测·素养提升
解析 a+b=(3,5)+(-2,1)=(3-2,5+1)=(1,6).
A
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2.已知向量 =(1,-2), =(-3,4),则 = ( )
A.(-4,6) B.(2,-3)
C.(2,3) D.(6,4)
OA
OB
AB
解析 = - =(-3,4)-(1,-2)=(-4,6).AB
OB
OA
A
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3.若向量 = =(2,0), =(1,1),则 + 等于 ( )
A.(3,1) B.(4,2)
C.(5,3) D.(4,3)
AB
DC
AD
AC
BC
解析 = + =(3,1), = - =(-1,1), = + =(1,1),所以 +
=(4,2).
AC
AD
DC
BD
AD
AB
BC
BD
DC
AC
BC
B
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4.如图,向量a,b,c的坐标分别是 , , .
(-4,0) (0,6) (-2,-5)
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解析 将各向量分别向基底i,j所在直线分解,
则a=-4i+0·j,∴a=(-4,0);b=0·i+6j,
∴b=(0,6);c=-2i-5j,∴c=(-2,-5).
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5.已知点A(2,2),B(-2,2),C(4,6),D(-5,6),E(-2,-2),F(-5,-6).在平面直角坐标系中,分
别作出向量 , , ,并求向量 , , 的坐标. AC
BD
EF
AC
BD
EF
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解析 如图,描出点A(2,2),B(-2,2),C(4,6),D(-5,6),E(-2,-2),F(-5,-6),分别作出向量
, , .易知 =(2,4), =(-3,4), =(-3,-4).
AC
BD
EF
AC
BD
EF
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直观想象——向量的加、减运算
在△ABC中,点D满足 =2 - ,则 ( )
A.点D不在直线BC上
B.点D在BC的延长线
C.点D在线段BC上
D.点D在CB的延长线上
AD
AB
AC
素养演练
D
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解析 =2 - = + - = + ,
如图,作 = ,连接AD',
则 + = + = = ,
∴D'和D重合,
∴点D在CB的延长线上.
故选D.
AD
AB
AC
AB
AB
AC
AB
CB
'BD
CB
AB
CB
AB
'BD
'AD
AD
素养探究:向量的加减运算借助图像会使问题更简洁,从而培养直观想象核心
素养.
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针对训练
平面上有三点A,B,C,设m= + ,n= - ,若m,n的长度恰好相等,则有
( )
A.A,B,C三点必在同一直线上
B.△ABC必为等腰三角形,且∠B为顶角
C.△ABC必为直角三角形,且∠B=90°
D.△ABC必为等腰直角三角形
AB
BC
AB
BC
C
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解析 如图,作▱ ABCD,
则 + = , - = - = ,
因为|m|=|n|,
所以| |=| |,
所以▱ ABCD为矩形,
AB
BC
AC
AB
BC
AB
AD
DB
AC
DB
所以△ABC必为直角三角形,
且∠ABC=90°.
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