近幾年高考命題中,對向量的考查主要以向量的基本概念、定理、運算等為命題視角,本文就2020高考題中的平面向量題目進行歸類分析.
一、準確理解相關(guān)概念、定理的本質(zhì)
考點1:向量的模長的計算
例1 (2020全國Ⅰ卷第14題)設(shè)a,b為單位向量,且|a+b|=1,則|a-b|=.
分析:向量求模長問題常常根據(jù)|a|=a2,問題得解.
解析:因為a,b為單位向量,所以|a|=|b|=1,
所以|a+b|=(a+b)2=|a|2+2a·b+|b|2=2+2a·b=1,
解得:2a·b=-1,所以|a-b|=(a-b)2=|a|2-2a·b+|b|2=3.
故答案為:3.
點評:本題主要考查了向量模的計算公式及轉(zhuǎn)化能力,模長問題常常通過平方計算完成.
考點2:向量的垂直(平行)
例2 (2020全國Ⅱ卷)已知單位向量a,b的夾角為45°,ka-b與a垂直,則k=.
分析:首先求得向量的數(shù)量積,然后結(jié)合向量垂直的充要條件即可求得實數(shù)k的值.
解析:由題意可得:a·b=1×1×cos45°=22,
由向量垂直充分必要條件可得:(ka-b)·a=0,
即k×a2-a·b=k-22=0,解得k=22.
故答案為:22.
點評:本題主要考查平面向量的數(shù)量積定義與運算法則,向量垂直的充分必要條件等知識,意在考查同學們的轉(zhuǎn)化和計算求解能力.
考點3:向量的夾角
例3 (2020全國Ⅲ卷)已知向量a,b,a,b滿足|a|=5,|b|=6,a·b=-6,則cos〈a,a+b〉=()
A.-3135 B.-1935 C.1735 D.1935
分析:計算出a·(a+b)、|a+b|的值,利用平面向量數(shù)量積公式可計算出cos〈a,a+b〉的值.
解析:∵|a|=5,|b|=6,a·b=-6,
∴a·(a+b)=|a|2+a·b=52-6=19.
|a+b|=(a+b)2=a2+2a·b+b2
=25-2×6+36=7,
因此,cos〈a,a+b〉=a·(a+b)|a|·|a+b|=195×7=1935.
故選:D.
點評:本題考查平面向量夾角余弦值的計算,同時也考查了平面向量數(shù)量積的計算以及向量模的計算,考查計算能力.
二、重視對相關(guān)運算法則的理解和運用
平面向量的運算包括加法、減法、數(shù)乘、數(shù)量積、線性運算等,這幾種運算通常有兩種形式,即幾何形式與代數(shù)運算.例如從幾何上來看,加法運算有平行四邊形法則(兩向量共起點)、三角形法則(兩向量首尾相連);減法有三角形法則;數(shù)乘運算體現(xiàn)的是共線向量的關(guān)系等.代數(shù)運算,即坐標運算.對同一問題的解答通常可以從這兩種思路入手.
例4 (2020北京卷)已知正方形ABCD的邊長為2,點P滿足AP=12(AB+AC),則|PD|= ;PB·PD=.
分析:以點A為坐標原點,AB、AD所在直線分別為x、y軸建立平面直角坐標系,求得點P的坐標,利用平面向量數(shù)量積的坐標運算可求得|PD|以及PB·PD的值.
解析:以點A為坐標原點,AB、AD所在直線分別為x、y軸建立如圖所示的平面直角坐標系,則點A(0,0)、B(2,0)、C(2,2)、D(0,2),
AP=12(AB+AC)
=12(2,0)+12(2,2)=(2,1),
則點P(2,1),∴PD=(-2,1),PB=(0,-1),
因此,|PD|=(-2)2+12=5,
PB·PD=0×(-2)+1×(-1)=-1.
故答案為:5;-1.
點評:本題考查平面向量的模和數(shù)量積的計算,建立平面直角坐標系,求出點P的坐標是解答的關(guān)鍵,考查計算能力.
例5 (2020天津卷)如圖,在四邊形ABCD中,∠B=60°,AB=3,BC=6,且AD=λBC,AD·AB=-32,則實數(shù)λ的值為 ,若M,N是線段BC上的動點,且|MN|=1,則DM·DN的最小值為.
分析:可得∠BAD=120°,利用平面向量數(shù)量積的定義求得λ的值,然后以點B為坐標原點,BC所在直線為x軸建立平面直角坐標系,設(shè)點M(x,0),則點N(x+1,0)(其中0≤x≤5),得出DM·DN關(guān)于x的函數(shù)表達式,利用二次函數(shù)的基本性質(zhì)求得DM·DN的最小值.
解析:∵AD=λBC,∴AD∥BC,
∴∠BAD=180°-∠B=120°,
AB·AD=λBC·AB=λ|BC|·|AB|cos120°
=λ×6×3×(-12)=-9λ=-32,
解得λ=16,
以點B為坐標原點,BC所在直線為x軸建立如下圖所示的平面直角坐標系xBy,∵BC=6,∴C(6,0),∵AB=3,∠ABC=60°,∴A的坐標為A(32,332),
又∵AD=16BC,則D(52,332),設(shè)M(x,0),則N(x+1,0)(其中0≤x≤5),
DM=(x-52,-332),DN=(x-32,-332),
DM·DN=(x-52)(x-32)+(332)2
=x2-4x+212=(x-2)2+132,
所以,當x=2時,DM·DN取得最小值132.
故答案為:16;132.
點評:本題考查平面向量數(shù)量積的計算,考查平面向量數(shù)量積的定義與坐標運算,考查計算能力,屬于中等題.
例6 (2020山東卷第7題)已知P是邊長為2的正六邊形ABCDEF內(nèi)的一點,則AP·AB的取值范圍是()
A.(-2,6) B.(-6,2)
C.(-2,4) D.(-4,6)
分析:向量問題可以建立坐標系,表示出點的坐標,利用向量坐標運算求得范圍;根據(jù)圖形的對稱性建立坐標系,表示出點的坐標,利用向量的數(shù)量積公式計算求解.
方法一:以A為坐標原點建立平面直角坐標系(如圖),則A(0,0),B(2,0),C(3,3),D(2,4),E(0,4),F(xiàn)(-1,3),設(shè)P(x,y),則-1 分析:根據(jù)向量的數(shù)量積的幾何意義,確定AP在AB方向上的投影的范圍.結(jié)合正六邊形的特征AP在AB方向上的投影的取值范圍是(-1,3),利用向量數(shù)量積的定義,AP·AB表示AB的模與AP在AB方向上的投影的乘積,關(guān)鍵是確定AP在AB方向上的投影的范圍. 方法二:(利用投影幾何意義)AB的模為2,根據(jù)正六邊形的特征,當點P與點C重合時,AP在AB方向上的投影最大,最大值是2+2cos60°=3; 當點P與點F重合時,AP在AB方向上的投影最小,最小值是2cos120°=-1, 由于點P在六邊形內(nèi),所以端點值不能取到,所以可以得到AP在AB方向上的投影的取值范圍是(-1,3),結(jié)合向量數(shù)量積的定義式,可知AP·AB等于AB的模與AP在AB方向上的投影的乘積,所以AP·AB的取值范圍是(-2,6),故選:A. 點評:幾何運算體現(xiàn)了向量“形”的特征,代數(shù)運算體現(xiàn)了向量“數(shù)”的特征.應(yīng)用幾何運算解題時要注意挖掘所求向量與已知向量、特殊向量的關(guān)系.應(yīng)用代數(shù)運算時,要合理建立平面直角坐標系,正確寫出點的坐標,再進行準確計算. 綜上所述,向量的復(fù)習既要注重基礎(chǔ)知識的鞏固,也要注意思想方法的提煉,還要注意題型的歸納和總結(jié),只有這樣才能在解決問題時得心應(yīng)手. (作者:胡磊,山東省平邑縣第一中學西校)