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由于向量具有数与形的双重性,与其它知识板块结合点很多,因此命题人经常在向量与其它知识交汇点进行命题.比如它可与平面几何知识相结合,也可与解析几何的知识相结合;可与方程、不等式知识相结合,还可以与函数、三角知识相结合.本文将结合近几年的高考试题,对高考中向量考点的命题特征做一个初步的分析.
1. 以平面几何知识为依托命题
命题思路:命题人利用向量形的特征,以平面图形为载体,以平面几何知识为背景进行命题.
例1 (2010全国卷2(理))△ABC中,点D在AB上,CD平方∠ACB.若CB=a,CA=b,|a|=1,|b|=2,则CD=( )
A. 13a+23b
B. 23a+13b
C. 35a+45b
D. 45a+35b
方法解析:因为CD平分∠ACB,由角平分线定理得ADDB=CACB=2,所以AD=23AB=23(CB-CA),所以CD=CA+AD=23CB+13CA=23a+13b,故选B.
例2 (2007天津)如图,在△ABC中,∠BAC=120°,AB=2,AC=1,D是边BC上一点,DC=2BD,则AD·BC=_________.
方法解析:因为DC=2BD,所以AD=AB+BD=AB+13BC=AB+13(AC-AB)=23AB+13AC,
所以AD·BC=23AB+13AC·AC-AB=-23AB2+13AB·AC+13AC2=-83-13+13=-83.
例3 (2007江西)如图,在△ABC中,点O是BC的中点,过点O的直线分别交直线AB,AC于不同的两点M,N,若AB=mAM,AC=nAN,则m+n的值为_________.
方法解析:OM=AM-AO=1mAB-12(AB+AC)=1m-12AB-12AC,同法求得ON=-12AB+1n-12AC,因为M,O,N三点共线,所以存在非零实数λ,使得OM=λON,即1m-12=-12λ,
1n-12λ=-12,
所以1m-121n-12=14,化简得m+n=2.
规律小结:解这一类向量问题,经常要求解题者能运用平面几何的知识,在图形中确定比较方便的一对基底,将相关的向量进行线性表示,再利用向量的共线或垂直或向量的各种运算获得答案.
2. 以三角(函数)知识为依托命题
命题思路:命题人根据向量夹角的概念以及夹角余弦公式,用平面图形或坐标平面做载体,以三角(函数)知识为转化途径进行命题.
例4 (2008浙江(文)16)已知a是平面内的单位向量,若向量b满足b·(a-b)=0,则|b|的取值范围是_________.
方法解析:设a与b的夹角为α,由b·(a-b)=0,得|b|·|a|cosα-|b|2=0,因为|a|=1,所以|b|=0,或|b|=cosα,α∈[0,π],所以|b|∈[0,1].
例5 (2009安徽(理))给定两个长度为1的平面向量OA和OB,它们的夹角为12°.如图所示,点C在以O为圆心的圆弧AB上变动.若OC=xOA+yOB,其中x,y∈R,则x+y的最大值是_________.
方法解析:设 ∠AOC=α,
OC·OA=xOA2+yOB·OA,
OC·OB=xOA·OB+yOB2,
即cosα=x-12y,
cos(120°-α)=-12x+y,
∴ x+y=2cosα+cos2π3-α=cosα+3sinα=2sinα+π6,α∈0,2π3.
例6 (2010天津文数)如图,在△ABC中,AD⊥AB,BC=3BD,|AD|=1,则AC·AD=( )
A. 23
B. 32
C. 33
D. 3
方法解析:AC·AD=|AC|·|AD|cos∠DAC=ACcos∠DAC=ACsin∠BAC=ACsin∠BAC=BCsinB=BC·ADBD=3.故选D.
规律小结:解这一类最值问题或范围问题,经常要求解题者能利用向量的夹角与向量的数量积关系,将问题转化为三角(函数)问题,再利用解三角形知识,或三角函数知识,最终获得答案.
3. 以解析几何知识为依托命题
命题思路:命题人利用向量坐标的特征,以坐标平面中的图形与曲线为载体,以解析几何知识为依托进行命题.
例7 (2011安徽(理)21)设λ>0,点A的坐标为(1,1),点B在抛物线y=x2上运动,点Q满足BQ=λQA,经过Q点与x轴垂直的直线交抛物线于点M,点P满足OM=λMP,求点P的轨迹方程.
方法解析:由BQ=λOA知Q,M,P三点在同一条垂直于x轴的直线上,故可设P(x,y),Q(x,y1).M(x,x2),则x2-y1=λ(y-x2),则y1=(1+λ)x2-λy ①
再设B(x2,y2),由BQ=λOA,得(x-x2,y1-y2)=λ(1-x,1-y1),
解得x2=(1+λ)x-λ,y2=(1+λ)y1-λ=(1+λ)2x2-λ(1+λ)y-λ,②
又点B在抛物线上y=x2上,所以(1+λ)2x2-λ(1+λ)λ-λ=[(1+λ)x-λ]2,化简得λ(1+λ)(2x+y)=λ(1+λ),因为λ>0,所以2x-y-1=0,故所求点P的轨迹方程为2x-y-1=0.
规律小结:解此类问题,要求解题者能将向量的线性表示转化为坐标形式,从而得到相关点坐标之间关系,再根据解析几何有关知识获得答案.
4. 以函数、不等式知识为依托命题
命题思路:命题人以向量模的公式或数量积运算为媒介,以函数或不等式知识为落脚点进行命题.
例8 (2010全国卷1文)已知圆O的半径为1,PA,PB为该圆的两条切线,A,B为两切点,那么PA·PB的最小值为 ( )
A. -4+2
B. -3+2
C. -4+22
D. -3+22
方法解析:
法一:如图所示:设PA=PB=x(x>0),∠APO=α,则∠APB=2α,PO=1+x2,sinα=11+x2,PA·PB=x2cos2α=x2(1-2sin2α)=x2(x2-1)x2+1,令x2+1=t,t≥1,PA·PB=y,则y=t+2t-3≥22-3,当且仅当t=2时取等号.
法二:以O为圆心OP所在直线为x轴,与OP垂直的直线为y轴建立直角坐标系,则圆的方程为x2+y2=1,设A(x1,y1),B(x1-y1),P(x0,0)
PA·PB=(x1-x0,y1)·(x1-x0,-y1)=x21-2x1x0+x20-y21,由AO⊥PA,得(x1,y1)·(x1-x0,y1)=0,即x21-x1x0+y21=0,所以x1x0=1.
PA·PB=x21-2x1x0+x20-y21=x21-2+x20-(1-x21)=2x21+x20-3≥22-3.
规律小结:对于向量中最值问题以及讨论参数的取值范围等问题,除了用前面所说的转化为三角(函数)解决外,还可以通过合理选定自变量,建立目标函数,然后利用基本不等式或求导数的方法解决.
通过以上对向量考题的分析得出启示:(1) 在向量的教与学过程中,要重视向量自身以及向量与其它知识之间的内在联系,研究掌握向量数与形兼备、数与形互相转化的特征与方法;(2) 聚焦向量与其它知识的交汇点,在教与学的过程中,形成知识网络,做到点面的结合,在知识交融与转化过程中提升对向量问题的理解;(3) 教师要引导学生自主学习,合作探究,在解决问题的实践中去感悟、体会,总结规律和方法,提高探究能力、反思能力以及综合运用知识的能力,优化思维品质.
1. 以平面几何知识为依托命题
命题思路:命题人利用向量形的特征,以平面图形为载体,以平面几何知识为背景进行命题.
例1 (2010全国卷2(理))△ABC中,点D在AB上,CD平方∠ACB.若CB=a,CA=b,|a|=1,|b|=2,则CD=( )
A. 13a+23b
B. 23a+13b
C. 35a+45b
D. 45a+35b
方法解析:因为CD平分∠ACB,由角平分线定理得ADDB=CACB=2,所以AD=23AB=23(CB-CA),所以CD=CA+AD=23CB+13CA=23a+13b,故选B.
例2 (2007天津)如图,在△ABC中,∠BAC=120°,AB=2,AC=1,D是边BC上一点,DC=2BD,则AD·BC=_________.
方法解析:因为DC=2BD,所以AD=AB+BD=AB+13BC=AB+13(AC-AB)=23AB+13AC,
所以AD·BC=23AB+13AC·AC-AB=-23AB2+13AB·AC+13AC2=-83-13+13=-83.
例3 (2007江西)如图,在△ABC中,点O是BC的中点,过点O的直线分别交直线AB,AC于不同的两点M,N,若AB=mAM,AC=nAN,则m+n的值为_________.
方法解析:OM=AM-AO=1mAB-12(AB+AC)=1m-12AB-12AC,同法求得ON=-12AB+1n-12AC,因为M,O,N三点共线,所以存在非零实数λ,使得OM=λON,即1m-12=-12λ,
1n-12λ=-12,
所以1m-121n-12=14,化简得m+n=2.
规律小结:解这一类向量问题,经常要求解题者能运用平面几何的知识,在图形中确定比较方便的一对基底,将相关的向量进行线性表示,再利用向量的共线或垂直或向量的各种运算获得答案.
2. 以三角(函数)知识为依托命题
命题思路:命题人根据向量夹角的概念以及夹角余弦公式,用平面图形或坐标平面做载体,以三角(函数)知识为转化途径进行命题.
例4 (2008浙江(文)16)已知a是平面内的单位向量,若向量b满足b·(a-b)=0,则|b|的取值范围是_________.
方法解析:设a与b的夹角为α,由b·(a-b)=0,得|b|·|a|cosα-|b|2=0,因为|a|=1,所以|b|=0,或|b|=cosα,α∈[0,π],所以|b|∈[0,1].
例5 (2009安徽(理))给定两个长度为1的平面向量OA和OB,它们的夹角为12°.如图所示,点C在以O为圆心的圆弧AB上变动.若OC=xOA+yOB,其中x,y∈R,则x+y的最大值是_________.
方法解析:设 ∠AOC=α,
OC·OA=xOA2+yOB·OA,
OC·OB=xOA·OB+yOB2,
即cosα=x-12y,
cos(120°-α)=-12x+y,
∴ x+y=2cosα+cos2π3-α=cosα+3sinα=2sinα+π6,α∈0,2π3.
例6 (2010天津文数)如图,在△ABC中,AD⊥AB,BC=3BD,|AD|=1,则AC·AD=( )
A. 23
B. 32
C. 33
D. 3
方法解析:AC·AD=|AC|·|AD|cos∠DAC=ACcos∠DAC=ACsin∠BAC=ACsin∠BAC=BCsinB=BC·ADBD=3.故选D.
规律小结:解这一类最值问题或范围问题,经常要求解题者能利用向量的夹角与向量的数量积关系,将问题转化为三角(函数)问题,再利用解三角形知识,或三角函数知识,最终获得答案.
3. 以解析几何知识为依托命题
命题思路:命题人利用向量坐标的特征,以坐标平面中的图形与曲线为载体,以解析几何知识为依托进行命题.
例7 (2011安徽(理)21)设λ>0,点A的坐标为(1,1),点B在抛物线y=x2上运动,点Q满足BQ=λQA,经过Q点与x轴垂直的直线交抛物线于点M,点P满足OM=λMP,求点P的轨迹方程.
方法解析:由BQ=λOA知Q,M,P三点在同一条垂直于x轴的直线上,故可设P(x,y),Q(x,y1).M(x,x2),则x2-y1=λ(y-x2),则y1=(1+λ)x2-λy ①
再设B(x2,y2),由BQ=λOA,得(x-x2,y1-y2)=λ(1-x,1-y1),
解得x2=(1+λ)x-λ,y2=(1+λ)y1-λ=(1+λ)2x2-λ(1+λ)y-λ,②
又点B在抛物线上y=x2上,所以(1+λ)2x2-λ(1+λ)λ-λ=[(1+λ)x-λ]2,化简得λ(1+λ)(2x+y)=λ(1+λ),因为λ>0,所以2x-y-1=0,故所求点P的轨迹方程为2x-y-1=0.
规律小结:解此类问题,要求解题者能将向量的线性表示转化为坐标形式,从而得到相关点坐标之间关系,再根据解析几何有关知识获得答案.
4. 以函数、不等式知识为依托命题
命题思路:命题人以向量模的公式或数量积运算为媒介,以函数或不等式知识为落脚点进行命题.
例8 (2010全国卷1文)已知圆O的半径为1,PA,PB为该圆的两条切线,A,B为两切点,那么PA·PB的最小值为 ( )
A. -4+2
B. -3+2
C. -4+22
D. -3+22
方法解析:
法一:如图所示:设PA=PB=x(x>0),∠APO=α,则∠APB=2α,PO=1+x2,sinα=11+x2,PA·PB=x2cos2α=x2(1-2sin2α)=x2(x2-1)x2+1,令x2+1=t,t≥1,PA·PB=y,则y=t+2t-3≥22-3,当且仅当t=2时取等号.
法二:以O为圆心OP所在直线为x轴,与OP垂直的直线为y轴建立直角坐标系,则圆的方程为x2+y2=1,设A(x1,y1),B(x1-y1),P(x0,0)
PA·PB=(x1-x0,y1)·(x1-x0,-y1)=x21-2x1x0+x20-y21,由AO⊥PA,得(x1,y1)·(x1-x0,y1)=0,即x21-x1x0+y21=0,所以x1x0=1.
PA·PB=x21-2x1x0+x20-y21=x21-2+x20-(1-x21)=2x21+x20-3≥22-3.
规律小结:对于向量中最值问题以及讨论参数的取值范围等问题,除了用前面所说的转化为三角(函数)解决外,还可以通过合理选定自变量,建立目标函数,然后利用基本不等式或求导数的方法解决.
通过以上对向量考题的分析得出启示:(1) 在向量的教与学过程中,要重视向量自身以及向量与其它知识之间的内在联系,研究掌握向量数与形兼备、数与形互相转化的特征与方法;(2) 聚焦向量与其它知识的交汇点,在教与学的过程中,形成知识网络,做到点面的结合,在知识交融与转化过程中提升对向量问题的理解;(3) 教师要引导学生自主学习,合作探究,在解决问题的实践中去感悟、体会,总结规律和方法,提高探究能力、反思能力以及综合运用知识的能力,优化思维品质.