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對(duì)一道平面向量最值問題的解法的探究

2024-10-23 00:00付廣軍

平面向量兼有代數(shù)和幾何雙重身份,因而解答平面向量最值問題可以從“數(shù)”與“形”兩個(gè)角度入手來尋找不同的解題思路.下面以一道題為例,談一談求解平面向量最值問題的四種方法.

|a-b|的最小值為 ,最大值為 .

題目中給出的條件較少,要求得向量 |a+b|+|a-b|的最值,需靈活運(yùn)用向量的模的公式、向量的數(shù)量積、三角函數(shù)的有界性、基本不等式等來解題.解答本題主要有以下四種方法.

一、利用向量三角不等式

向量三角不等式: .對(duì)于||a|-|b||≤|a±b|≤|a|+|b|

有關(guān)兩個(gè)向量的模的加減運(yùn)算問題,我們通常可以根據(jù)向量三角不等式來求兩個(gè)向量的模之和、差的取值范圍.在運(yùn)用向量三角不等式解題時(shí),要關(guān)注等號(hào)成立的條件.

|a+b|+|a-b|的最小值.可見,運(yùn)用向量三角不等式解題,可以有效地降低題目的難度,簡(jiǎn)化運(yùn)算,達(dá)到化難為易的目的.

二、數(shù)形結(jié)合法

在求解平面向量最值問題時(shí),我們可以根據(jù)向量的模的幾何意義、向量數(shù)量積的幾何意義,以及向量加法的幾何意義,如三角形法則、平行四邊形法則,來畫出平面幾何圖形,將問題轉(zhuǎn)化為幾何圖形之間的位置關(guān)系問題.再結(jié)合圖形找到目標(biāo)式取得最值的情形,據(jù)此建立代數(shù)關(guān)系式,即可解題.

由于a、b的方向無法確定,所以根據(jù)向量的模的幾何意義構(gòu)造出圓,討論A、B、C三者之間的位置關(guān)系,根據(jù)余弦定理建立關(guān)系式,即可根據(jù)三角函數(shù)的性質(zhì)求得問題的答案.

三、利用三角函數(shù)的有界性

在求解向量最值問題時(shí),我們往往可以設(shè)出向量之間的夾角及其取值范圍,根據(jù)向量的數(shù)量積公式來建立夾角之間的關(guān)系式,通過向量運(yùn)算將目標(biāo)式轉(zhuǎn)化為關(guān)于夾角的三角函數(shù)式.再通過三角恒等變換將三角函數(shù)式變形、化簡(jiǎn),以根據(jù)正弦、余弦、正切函數(shù)的

所以 ,4≤|a+b|+|a-b|≤2 5

所以|a+b|+|a-b|的最小值為4,最大值為2 5 .

向量 的模長(zhǎng)是已知的,于是設(shè)出 的夾角a,b a、b

θ,根據(jù)向量數(shù)量積公式用θ表示出|a+b|和|a+b|,

再根據(jù)余弦函數(shù)的有界性以及0≤cos2θ≤1,就可以順利求得|a+b|+|a-b|的最值.

四、利用向量的坐標(biāo)運(yùn)算

在求解平面向量最值問題時(shí),我們可以某個(gè)向量為坐標(biāo)軸的正方向,其起點(diǎn)為原點(diǎn)來建立平面直角坐標(biāo)系.再求得各個(gè)向量的坐標(biāo),通過向量的坐標(biāo)運(yùn)算求得目標(biāo)式;最后將目標(biāo)式視為函數(shù)式,根據(jù)函數(shù)的性質(zhì),運(yùn)用基本不等式法、導(dǎo)數(shù)法等求得函數(shù)的最值.

算法則將問題轉(zhuǎn)化為求|a+b|+|a-b|=|CB|+|BA|的最值.然后根據(jù)橢圓的定義求得點(diǎn)B的軌跡方程,通過聯(lián)立圓與橢圓的方程,求得橢圓長(zhǎng)半軸長(zhǎng)的取值范圍,進(jìn)而求得|a+b|+|a-b|的最值.

我們既可以從代數(shù)角度入手,利用向量三角不等式、向量的坐標(biāo)運(yùn)算、三角函數(shù)的有界性,又可以從幾何角度切入,通過數(shù)形結(jié)合找到解答平面向量最值問題的不同思路.同學(xué)們?cè)诮忸}時(shí),要善于將向量知識(shí)融入其他知識(shí)模塊中,將問題與代數(shù)、幾何圖形關(guān)聯(lián)起來,靈活運(yùn)用向量的幾何意義與運(yùn)算法則來解題,這樣有利于提升解題的效率.