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- 2021-06-15 发布
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第 24 课时 平面向量数量积的物理背景及其含义
课时目标
1.理解平面向量数量积的含义;了解平面向量数量积与投影的关系;掌握数量积的性质.
2.掌握平面向量数量积的几何意义;掌握平面向量数量积的运算律.
识记强化
1.已知两个非零向量 a,b,我们把|a|·|b|cosθ叫做 a 与 b 的数量积(或内积),记作 a·b
=|a|·|b|cosθ.规定零向量与任一向量的数量积为零,其中θ是 a 与 b 的夹角.
2.|a|cosθ叫做向量 a 在 b 方向上的投影,|b|cosθ叫做 b 在 a 方向上的投影.
3.两个非零向量互相垂直的等价条件是 a·b=0.
4.a·b 的几何意义是数量积 a·b 等于 a 的长度|a|与 b 在 a 方向上的投影|b|cosθ的乘积.
5.向量数量积的运算律为:
(1)a·b=b·a.
(2)(λa)·b=λ(a·b)=a·(λb).
(3)(a+b)·c=a·c+b·c.
课时作业
一、选择题
1.给出以下五个结论:①0·a=0;②a·b=b·a;③a2=|a|2;④(a·b)·c=a·(b·c);⑤|a·b|≤a·b.
其中正确结论的个数为( )
A.1 B.2
C.3 D.4
答案:C
解析:①②③显然正确;(a·b)·c 与 c 共线,而 a·(b·c)与 a 共线,故④错误;a·b 是一个
实数,应该有|a·b|≥a·b,故⑤错误.
2.已知向量 a,b 满足|a|=1,|b|=4,且 a·b=2,则 a 与 b 的夹角θ为( )
A.π
6 B.π
4
C.π
3 D.π
2
答案:C
解析:由题意,知 a·b=|a||b|cosθ=4cosθ=2,又 0≤θ≤π,所以θ=π
3.
3.已知向量 a,b 满足|a|=1,a⊥b,则向量 a-2b 在向量 a 方向上的投影为( )
A.1 B. 7
7
C.-1 D.2 7
7
答案:A
解析:设θ为向量 a-2b 与向量 a 的夹角,则向量 a-2b 在向量 a 方向上的投影为|a-
2b|cosθ.又 cosθ=a-2b·a
|a-2b|·|a|
= a2-2a·b
|a-2b|·|a|
= 1
|a-2b|
,故|a-2b|cosθ=|a-2b|· 1
|a-2b|
=1.
4.设向量 a,b 满足|a|=1,|b|=2,a·(a+b)=0,则 a 与 b 的夹角是( )
A.30° B.60°
C.90° D.120°
答案:D
解析:设向量 a 与 b 的夹角为θ,则 a·(a+b)=a2+a·b=|a|2+|a|·|b|·cosθ=1+1×2×cosθ
=1+2cosθ=0,∴cosθ=-1
2.又 0°≤θ≤180°,∴θ=120°,选 D.
5.若|a|=|b|=1,a⊥b,且(2a+3b)⊥(ka-4b),则 k=( )
A.-6 B.6
C.3 D.-3
答案:B
解析:由题意,得(2a+3b)·(ka-4b)=0,由于 a⊥b,故 a·b=0,又|a|=|b|=1,于是 2k
-12=0,解得 k=6.
6.在 Rt△ABC 中,∠C=90°,AC=4,则AB→·AC→等于( )
A.-16 B.-8
C.8 D.16
答案:D
解析:AB→·AC→=|AB→|·|AC→|cosA=|AC→|2=16
二、填空题
7.一物体在力 F 的作用下沿水平方向由 A 运动至 B,已知 AB=10 米,F 与水平方向
的夹角为 60°,|F|=5 牛顿,物体从 A 至 B 力 F 所做的功 W=__________.
答案:25 焦耳
解析:由物理知识知 W=F·s=|F|·|s|cosθ=5×10×cos60°=25(焦耳).
8.如果 a,b,a-b 的模分别为 2,3,7,则 a 与 b 的夹角为________.
答案:π
3
解析:设 a 与 b 的夹角为θ,由|a-b|2=a2-2a·b+b2,得 7=13-12cosθ,即 cosθ=1
2.
又 0≤θ≤π,故θ=π
3.
9.已知在△ABC 中,AB=AC=4,AB→·AC→=8,则△ABC 的形状是________.
答案:等边三角形
解析:AB→·AC→ =|AB→||AC→|cos∠BAC,即 8=4×4cos∠BAC,于是 cos∠BAC=1
2
,所以∠
BAC=60°.又 AB=AC,故△ABC 是等边三角形.
三、解答题
10.已知 e1 与 e2 是两个夹角为 60°的单位向量,a=2e1+e2,b=2e2-3e1,求 a 与 b 的
夹角.
解:因为|e1|=|e2|=1,所以 e1·e2=1×1×cos60°=1
2
,
|a|2=(2e1+e2)2=4+1+4e1·e2=7,故|a|= 7,
|b|2=(2e2-3e1)2=4+9+2×2×(-3)e1·e2=7,故|b|= 7,
且 a·b=-6e21+2e22+e1·e2=-6+2+1
2
=-7
2
,
所以 cos〈a,b〉= a·b
|a|·|b|
=
-7
2
7× 7
=-1
2
,
所以 a 与 b 的夹角为 120°.
11.已知向量 a,b 满足|a|=1,|b|=4,且 a,b 的夹角为 60°.
(1)若(2a-b)·(a+b);
(2)若(a+b)⊥(λa-2b),求实数λ的值.
解:(1)由题意,得 a·b=|a|·|b|cos60°=1×4×1
2
=2.
∴(2a-b)·(a+b)=2a2+a·b-b2=2+2-16=-12.
(2)∵(a+b)⊥(λa-2b),∴(a+b)·(λa-2b)=0,
∴λa2+(λ-2)a·b-2b2=0,∴λ+2(λ-2)-32=0,
∴λ=12.
能力提升
12.已知|a|=2|b|≠0,且关于 x 的方程 x2+|a|x+a·b=0 有实根,则 a 与 b 的夹角的取
值范围是________.
答案:
π
3
,π
解析:由于|a|=2|b|≠0,且关于 x 的方程 x2+|a|x+a·b=0 有实根,则|a|2-4a·b≥0,设
向量 a 与 b 的夹角为θ,则 cosθ= a·b
|a||b|
≤
1
4|a|2
1
2|a|2
=1
2
,
∴θ∈
π
3
,π .
13.设两向量 e1,e2 满足|e1|=2,|e2|=1,e1,e2 的夹角为 60°,若向量 2te1+7e2 与向量
e1+te2 的夹角为钝角,求实数 t 的取值范围.
解:由已知得 e21=4,e22=1,e1·e2=2×1×cos60°=1.
∴(2te1+7e2)·(e1+te2)=2te21+(2t2+7)e1·e2+7te22=2t2+15t+7.
欲使夹角为钝角,需 2t2+15t+7<0,得-7
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