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  • 2021-06-10 发布

高一数学(人教A版)必修4能力提升:2-4-2 平面向量数量积的坐标表示、模、夹角

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能 力 提 升 一、选择题 1.(2013 内蒙古包头一中)已知 a、b 均为单位向量,它们的夹角 为 60°,那么|a+3b|=( ) A. 7 B. 10 C. 13 D.4 [答案] C [解析] 易知|a|=1,|b|=1,a·b=1 2 , ∴|a+3b|2=(a+3b)2=a2+6a·b+9b2=13, ∴|a+3b|= 13. 2.(2011~2012·广东佛山高三质检)已知向量 a=(1,1),2a+b= (4,2),则向量 a、b 的夹角为( ) A.π 6 B.π 4 C.π 3 D.π 2 [答案] B [解析] 由于 2a+b=(4,2), 则 b=(4,2)-2a=(2,0), 则 a·b=2,|a|= 2,|b|=2. 设向量 a,b 的夹角为θ,则 cosθ= a·b |a||b| = 2 2 . 又θ∈[0,π],所以θ=π 4. 3.(2011~2012·重庆南开中学)平面向量 a 与 b 的夹角为 60°,a =(2,0),|b|=1,则 a·b=( ) A.1 2 B.1 C. 3 2 D. 3 [答案] B [解析] |a|=2,a·b=|a|·|b|·cos60°=2×1×1 2 =1. 4.(2012·全国高考重庆卷)设 x、y∈R,向量 a=(x,1),b=(1, y),c=(2,-4)且 a⊥c,b∥c,则|a+b|=( ) A. 5 B. 10 C.2 5 D.10 [答案] B [解析] 由 a⊥c,得 2x-4=0 则 x=2,由 b∥c 得-4=2y 则 y =-2, |a+b|= 2+12+1-22= 10 [考点定位] 本题主要考查两个向量垂直和平行的坐标表示、模 长公式,解决问题的关键在于根据 a⊥c,b∥c,得到 x,y 的值,只 要记住两个向量垂直、平行和向量的模的坐标形式的充要条件,就不 会出错,注意数字的运算。 5.已知向量 a=( 3,1),b 是不平行于 x 轴的单位向量,且 a·b = 3,则 b 等于( ) A. 3 2 ,1 2 B. 1 2 , 3 2 C. 1 4 ,3 3 4 D.(1,0) [答案] B [解析] 方法 1:令 b=(x,y)(y≠0),则 x2+y2=1, ① 3x+y= 3, ② 将②代入①得 x2+( 3- 3x)2=1,即 2x2-3x+1=0, ∴x=1(舍去,此时 y=0)或 x=1 2 ⇒y= 3 2 . 方法 2:排除法,D 中 y=0 不合题意;C 不是单位向量,舍去; 代入 A,不合题意,故选 B. 6.(2011~2012·河北省正定中学模拟)已知向量 a=(2cosθ, 2sinθ),b=(0,-2),θ∈ π 2 ,π ,则向量 a、b 的夹角为( ) A.3π 2 -θ B.θ-π 2 C.π 2 +θ D.θ [答案] A [解析] 解法一:由三角函数定义知 a 的起点在原点时,终点落在圆 x2 +y2=4 位于第二象限的部分上 (∵π 2<θ<π),设其终点为 P,则∠xOP=θ, ∴a 与 b 的夹角为3π 2 -θ. 解法二:cos〈a,b〉= a·b |a|·|b| =-4sinθ 2×2 =-sinθ=cos 3π 2 -θ , ∵θ∈ π 2 ,π ,∴3π 2 -θ∈ π 2 ,π , 又〈a,b〉∈(0,π),∴〈a,b〉=3π 2 -θ. 二、填空题 7.设 a=(1,2),b=(1,m),若 a 与 b 的夹角为钝角,则 m 的取 值范围是________. [答案] -∞,-1 2 [解析] ∵a 与 b 的夹角为钝角,设为θ,则 cosθ<0 且 cosθ≠-1, ∴ 1+2m<0, 1+2m 5· 1+m2 ≠-1, 解得 m<-1 2. 8.(2013·新课标理)已知两个单位向量 a、b 的夹角为 60°,c=ta +(1-t)b,若 b·c=0,则 t=________. [答案] 2 [解析] ∵|a|=|b|=1,〈a,b〉=60°, ∴a·b=1 2 ,|b|2=1, ∵b·c=ta·b+(1-t)b=1 2t+(1-t)=1-1 2t=0,∴t=2. 9.(2011~2012·金华十校)△ABO 三顶点坐标为 A(1,0)、B(0,2)、 O(0,0)、P(x,y)是坐标平面内一点,满足AP → ·OA → ≤0,BP → ·OB → ≥0,则 OB → ·AB → 的最小值为________. [答案] 3 [解析] ∵AP → ·OA → =(x-1,y)·(1,0)=x-1≤0, ∴x≤1,∴-x≥-1, ∵BP → ·OB → =(x,y-2)·(0,2)=2(y-2)≥0, ∴y≥2. ∴OP → ·AB → =(x,y)·(-1,2)=2y-x≥3. 三、解答题 10.已知平面向量 a=(3,4),b=(9,x),c=(4,y),且 a∥b,a ⊥c. (1)求 b 和 c; (2)若 m=2a-b,n=a+c,求向量 m 与向量 n 的夹角的大小. [解析] (1)∵a∥b,∴3x-36=0.∴x=12. ∵a⊥c,∴3×4+4y-0=0.∴y=-3. ∴b=(9,12),c=(4,-3). (2)m=2a-b=(6,8)-(9,12)=(-3,-4), n=a+c=(3,4)+(4,-3)=(7,1), 设 m,n 的夹角为θ,则 cosθ= m·n |m||n| = -3×7+-4×1 -32+-42× 72+12 =-25 25 2 =- 2 2 . ∵θ∈[0,π], ∴θ=3π 4 ,即 m,n 的夹角为3π 4 . 11.已知向量 a=e1-e2,b=4e1+3e2,其中 e1=(1,0),e2=(0,1). (1)试计算 a·b 及|a+b|的值; (2)求向量 a 与 b 夹角的余弦值. [解析] (1)a=e1-e2=(1,0)-(0,1)=(1,-1), b=4e1+3e2=4(1,0)+3(0,1)=(4,3), ∴a·b=4×1+3×(-1)=1, |a+b|= 4+12+3-12= 25+4= 29. (2)由 a·b=|a||b|cosθ, ∴cosθ= a·b |a||b| = 1 2×5 = 2 10. 12.已知 a=(1,0),b=(0,1),当 k 为整数时,向量 m=ka+b 与 n=a+kb 的夹角能否为 60°?证明你的结论. [解析] 假设 m、n 的夹角能为 60°, 则 cos60°= m·n |m||n| , ∴m·n=1 2|m||n|.① 又∵a=(1,0),b=(0,1), ∴|a|=|b|=1,且 a·b=0. ∴m·n=ka2+a·b+k2a·b+kb2=2k,② |m||n|= k2a2+2ka·b+b2· a2+2ka·b+k2b2=k2+1.③ 由①②③,得 2k=1 2(k2+1).∴k2-4k+1=0. ∵该方程无整数解. ∴m、n 的夹角不能为 60°.

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