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- 2021-06-25 发布
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F 平面向量
F1 平面向量的概念及其线性运算
4.H1、F1[2012·上海卷] 若d=(2,1)是直线l的一个方向向量,则l的倾斜角的大小为________(结果用反三角函数值表示).
4.arctan [解析] 考查直线的方向向量、斜率与倾斜角三者之间的关系,关键是求出直线的斜率.
由已知可得直线的斜率k=,k=tanα,所以直线的倾斜角α=arctan.
20.H5、F1、H1[2012·陕西卷] 已知椭圆C1:+y2=1,椭圆C2以C1的长轴为短轴,且与C1有相同的离心率.
(1)求椭圆C2的方程;
(2)设O为坐标原点,点A,B分别在椭圆C1和C2上,=2,求直线AB的方程.
20.解:(1)由已知可设椭圆C2的方程为+=1(a>2),
其离心率为,故=,则a=4,
故椭圆C2的方程为+=1.
(2)解法一:A,B两点的坐标分别记为(xA,yA),(xB,yB),
由=2及(1)知,O,A,B三点共线且点A,B不在y轴上,
因此可设直线AB的方程为y=kx.
将y=kx代入+y2=1中,得(1+4k2)x2=4,所以x=,
将y=kx代入+=1中,得(4+k2)x2=16,所以x=,
又由=2得x=4x,即=,
解得k=±1,故直线AB的方程为y=x或y=-x.
解法二:A,B两点的坐标分别记为(xA,yA),(xB,yB),
由=2及(1)知,O,A,B三点共线且点A,B不在y轴上,
因此可设直线AB的方程为y=kx.
将y=kx代入+y2=1中,得(1+4k2)x2=4,所以x=,
由=2得x=,y=,
将x,y代入+=1中,得=1,
即4+k2=1+4k2,解得k=±1,
故直线AB的方程为y=x或y=-x.
F2 平面向量基本定理及向量坐标运算
13.F2、F3[2012·湖北卷] 已知向量a=(1,0),b=(1,1),则
(1)与2a+b同向的单位向量的坐标表示为________;
(2)向量b-3a与向量a夹角的余弦值为________.
13.[答案] (1) (2)-
[解析] (1)由题意,2a+b=(3,1),所以与2a+b同向的单位向量的坐标为,即.
(2)因为a=(1,0),b=(1,1),所以b-3a=(-2,1).设向量b-3a与向量a的夹角为θ,则cosθ===-.
3.F2[2012·广东卷] 若向量=(1,2),=(3,4),则=( )
A.(4,6) B.(-4,-6)
C.(-2,-2) D.(2,2)
3.A [解析] 因为=+=(1,2)+(3,4)=(4,6).所以选择A.
9.F2[2012·全国卷] △ABC中,AB边的高为CD,若=a,=b,a·b=0,|a|=1,|b|=2,则=( )
A.a-b B.a-b
C.a-b D.a-b
9.D [解析] 本小题主要考查平面向量的基本定理,解题的突破口为设法用a和b作为基底去表示向量.
易知a⊥b,|AB|=,用等面积法求得|CD|=,
∵AD==,AB=,∴==(a-b),故选D.
7.F2、C6[2012·陕西卷] 设向量a=(1,cosθ)与b=(-1,2cosθ)垂直,则cos2θ等于( )
A. B. C.0 D.-1
7.C [解析] 由向量垂直的充要条件可知,要使两向量垂直,则有-1+2cos2θ=0,则cos2θ=2cos2θ-1=0.故选C.
6.F2、F3[2012·重庆卷] 设x∈R,向量a=(x,1),b=(1,-2),且a⊥b,则|a+b|=( )
A. B.
C.2 D.10
6.B [解析] 因为a⊥b,所以a·b=0,即x·1+1·(-2)=0,解得x=2,所以a+b=(3,-1),|a+b|==,选B.
F3 平面向量的数量积及应用
12.F3[2012·上海卷] 在矩形ABCD中,边AB、AD的长分别为2、1.若M、N分别是边BC、CD上的点,且满足=,则·的取值范围是________.
12.[1,4] [解析] 令=n(0≤n≤1),则=(1-n),在矩形ABCD中,=+n,
=+(1-n),所以·=(+n)·[+(1-n)]
=(1-n)2+n2=4-3n,
而函数f(n)=4-3n在[0,1]上是单调递减的,其值域为[1,4],
所以·的取值范围是[1,4].
1.F3[2012·辽宁卷] 已知向量a=(1,-1),b=(2,x),若a·b=1,则x=( )
A.-1 B.-
C. D.1
1.D [解析] 本小题主要考查向量数量积的坐标运算.解题的突破口为正确运用数量积的坐标运算公式.
因为a·b=(1,-1)·(2,x)=1×2-1·x=1⇒x=1,所以答案选D.
15.F3[2012·课标全国卷] 已知向量a,b夹角为45°,且|a|=1,|2a-b|=,则|b|=________.
15.[答案] 3
[解析] 因为|2a-b|=,平方得4a2-4a·b+b2=10,得4-4×|b|×+|b|2=10,解得|b|=3.
12.F3[2012·江西卷] 设单位向量m=(x,y),b=(2,-1).若m⊥b,则|x+2y|=________.
12. [解析] 设c=(1,2) ,则c⊥b,∴c∥m.∵| m |=1,∴|m·c|=|c|=.
21.H5、H8、F3[2012·重庆卷] 如图,设椭圆的中点为原点O,长轴在x轴上,上顶点为A,左、右焦点分别为F1,F2,线段OF1,OF2的中点分别为B1,B2,且△AB1B2是面积为4的直角三角形.
(1)求该椭圆的离心率和标准方程;
(2)过B1作直线交椭圆于P,Q两点,使PB2⊥QB2,求△PB2Q的面积.
21.解:(1)设所求椭圆的标准方程为+=1(a>b>0),右焦点为F2(c,0).
因△AB1B2是直角三角形且|AB1|=|AB2|,故∠B1AB2为直角,从而|OA|=|OB2|,
即b=.结合c2=a2-b2得4b2=a2-b2,故a2=5b2,
c2=4b2,所以离心率e==.
在Rt△AB1B2中,OA⊥B1B2,故
S△AB1B2=·|B1B2|·|OA|=|OB2|·|OA|=·b=b2,
由题设条件S△AB1B2=4得b2=4,从而a2=5b2=20.
因此所求椭圆的标准方程为:+=1.
(2)由(1)知B1(-2,0)、B2(2,0).由题意,直线PQ的倾斜角不为0,故可设直线PQ的方程为:x=my-2.代入椭圆方程得
(m2+5)y2-4my-16=0.(*)
设P(x1,y1),Q(x2,y2),则y1,y2是上面方程的两根,因此
y1+y2=,y1·y2=.
又=(x1-2,y1),=(x2-2,y2),所以
·=(x1-2)(x2-2)+y1y2
=(my1-4)(my2-4)+y1y2
=(m2+1)y1y2-4m(y1+y2)+16
=-+16
=-,
由PB2⊥QB2,知·=0,即16m2-64=0,解得m=±2.
当m=2时,方程(*)化为:9y2-8y-16=0,
故y1=,y2=,|y1-y2|=,
△PB2Q的面积S=|B1B2|·|y1-y2|=.
当m=-2时,同理可得(或由对称性可得)△PB2Q的面积S=.
综上所述,△PB2Q的面积为.
9.F3[2012·江苏卷] 如图1-3,在矩形ABCD中,AB=,BC=2,点E为BC的中点,点F在边CD上,若·=,则·的值是________.
图1-3
9. [解析] 本题考查几何图形中的向量的数量积的求解,解题突破口为合理建立平面直角坐标系,确定点F的位置.
以点A为坐标原点,AB所在直线为x轴建立平面直角坐标系,则=(,0).
设=(x,2),则由条件得x=,得x=1,
从而F(1,2),=(,1),=(1-,2),
于是·=.
15.F3[2012·湖南卷] 如图1-5,在平行四边形ABCD中,AP⊥BD,垂足为P,且AP=3,则·=________.
图1-5
15.18 [解析] 本题考查平面向量的数量积和向量的表示,意在考查考生对数量积的掌握和向量相互转化能力;具体的解题思路和过程:把未知向量用已知向量来表示.
·=·(+2)
=2·=2·=2||·||=18.
[易错点] 本题易错一:找不到已知向量,无法把未知向量用已知向量表示;易错二:不会转化=,把向量放到同一个直角三角形中;易错三:发现不了在向量上的射影等于||.
13.F2、F3[2012·湖北卷] 已知向量a=(1,0),b=(1,1),则
(1)与2a+b同向的单位向量的坐标表示为________;
(2)向量b-3a与向量a夹角的余弦值为________.
13.[答案] (1) (2)-
[解析] (1)由题意,2a+b=(3,1),所以与2a+b同向的单位向量的坐标为,即.
(2)因为a=(1,0),b=(1,1),所以b-3a=(-2,1).设向量b-3a与向量a的夹角为θ,则cosθ===-.
10.F3[2012·广东卷] 对任意两个非零的平面向量α和β,定义α∘β=.若两个非零的平面向量a,b满足a与b的夹角θ∈,且a∘b和b∘a都在集合中,则a∘b=( )
A. B. C.1 D.
10.D [解析] 根据新定义得:
a∘b====(n∈Z),(1)
b∘a====(m∈Z),(2)
以上两式相乘得:cos2θ=(n,m∈Z).
∵θ∈,∴cos2θ∈,即
<,所以00时,|a+b|=|a|+|b|,当λ<0时,可有|a+b|=|a|-|b|,故D不正确.
法二:特值验证排除,先取a=(2,0),b=(-1,0),满足|a+b|=|a|-|b|,但两向量不垂直,故A错;再取a=(2,0),b=(1,0),满足a=λb,但不满足|a+b|=|a|-|b|,故D错;取a=(2,0),b=(0,-1),满足a⊥b,但不满足|a+b|=|a|-|b|,故B错,所以答案为C.
[点评] 由|a+b|=|a|-|b|判断a,b方向相反,且有|a|≥|b|是一个重要的结论,由此可以对各选项加以正确分析与应用.
15.C8、F3[2012·浙江卷] 在△ABC中,M是线段BC的中点,AM=3,BC=10,则·=________.
15.-16 [解析] 本题主要考查平面几何的性质、平面向量的线性运算与数量积.法一:
·=(+)·(+)
=||2-||2=9-5×5=-16.
法二:特例法:假设△ABC是以AB、AC为腰的等腰三角形,如图,
AM=3,BC=10,AB=AC=,cos∠BAC==-,·=||·||·cos∠BAC=-16.
6.F2、F3[2012·重庆卷] 设x∈R,向量a=(x,1),b=(1,-2),且a⊥b,则|a+b|=( )
A. B.
C.2 D.10
6.B [解析] 因为a⊥b,所以a·b=0,即x·1+1·(-2)=0,解得x=2,所以a+b=(3,-1),|a+b|==,选B.
F4 单元综合
7.F4[2012·四川卷] 设a、b都是非零向量.下列四个条件中,使=成立的充分条件是( )
A.|a|=|b|且a∥b B.a=-b
C.a∥b D.a=2b
7.D [解析] 要使得=,在a,b为非零向量的前提下,必须且只需a、b同向即可,
结合四个选项,只有D满足这一条件.
16.C9、F4[2012·山东卷] 如图1-5,在平面直角坐标系xOy中,一单位圆的圆心的初始位置在(0,1),此时圆上一点P的位置在(0,0),圆在x轴上沿正向滚动.当圆滚动到圆心位于(2,1)时,的坐标为________.
图1-5
16.(2-sin2,1-cos2) [解析] 本题考查向量坐标运算与三角函数,考查数据处理能力与创新意识,难题.
根据题意可知圆滚动了2个单位弧长,点P旋转了2弧度.结合图象,设滚动后圆与x轴的交点为Q,圆心为C2,作C2M⊥y轴于M, ∠PC2Q=2,∠PC2M=2-,∴点P的横坐标为2-1×cos=2-sin2,
点P的纵坐标为1+1×sin=1-cos2.
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