平面向量典型例题
更新时间:2023-07-19 23:09:01 阅读量: 实用文档 文档下载
平面向量经典例题:
1.已知向量a=(1,2),b=(2,0),若向量λa+b与向量c=(1,-2)共线,则实数λ等于()
A.-2B.-1
3
C.-1 D.-2
3
[答案] C
[解析]λa+b=(λ,2λ)+(2,0)=(2+λ,2λ),∵λa+b与c共线,∴-2(2+λ)-2λ=0,∴λ=-1.
2.(文)已知向量a=(3,1),b=(0,1),c=(k,3),若a+2b与c垂直,则k=()
A.-1 B.- 3
C.-3 D.1
[答案] C
[解析]a+2b=(3,1)+(0,2)=(3,3),
∵a+2b与c垂直,∴(a+2b)·c=3k+33=0,∴k=-3.
(理)已知a=(1,2),b=(3,-1),且a+b与a-λb互相垂直,则实数λ的值为()
A.-6
11B.-
11
6
C.6
11 D.
11
6
[答案] C
[解析]a+b=(4,1),a-λb=(1-3λ,2+λ),∵a+b与a-λb垂直,
∴(a+b)·(a-λb)=4(1-3λ)+1×(2+λ)=6-11λ=0,∴λ=6 11.
3.设非零向量a、b、c满足|a|=|b|=|c|,a+b=c,则向量a、b间的夹角为()
A.150°B.120°
C.60°D.30°
[答案] B
[解析]如图,在?ABCD中,
∵|a|=|b|=|c|,c=a+b,∴△ABD为正三角形,∴∠BAD=60°,
∴〈a,b〉=120°,故选B.
(理)向量a,b满足|a|=1,|a-b|=
3
2,a与b的夹角为60°,则|b|=()
A.1
2 B.
1
3
C.1
4 D.
1
5
[答案] A
[解析]∵|a-b|=
3
2,∴|a|
2+|b|2-2a·b=
3
4,∵|a|=1,〈a,b〉=60°,
设|b|=x,则1+x2-x=3
4,∵x>0,∴x=
1
2.
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4.
若AB →·BC →+AB →2=0,则△ABC 必定是( ) A .锐角三角形 B .直角三角形 C .钝角三角形 D .等腰直角三角形
[答案] B
[解析] AB →·BC →+AB →2=AB →·(BC →+AB →)=AB →·AC →=0,∴AB →⊥AC →, ∴AB ⊥AC ,∴△ABC 为直角三角形.
5. 若向量a =(1,1),b =(1,-1),c =(-2,4),则用a ,b 表示c 为( ) A .-a +3b B .a -3b C .3a -b D .-3a +b
[答案] B
[解析] 设c =λa +μb ,则(-2,4)=(λ+μ,λ-μ), ∴??? λ+μ=-2λ-μ=4,∴???
λ=1μ=-3
,∴c =a -3b ,故选B. 在平行四边形ABCD 中,AC 与BD 交于O ,E 是线段OD 的中点,AE 的延长线与CD 交于点F ,若AC
→=a ,BD →=b ,则AF →
等于( )
A.14a +12b
B.23a +1
3b C.12a +14b D.13a +23
b [答案] B
[解析] ∵E 为OD 的中点,∴BE →=3ED →, ∵DF ∥AB ,∴
|AB ||DF |=|EB |
|DE |
,
∴|DF |=13|AB |,∴|CF |=23|AB |=2
3|CD |,
∴AF →=AC →+CF →=AC →+23CD →
=a +23(OD →-
OC →
)=a +23(12b -12a )=23a +13b .
6.
若△ABC 的三边长分别为AB =7,BC =5,CA =6,则AB →·BC →的值为( ) A .19 B .14 C .-18 D .-19 [答案] D
[解析] 据已知得cos B =72+52-622×7×5
=1935,故AB →·BC →=|AB →|×|BC →|×(-cos B )=7×5×()
-1935=-19.
7.
若向量a =(x -1,2),b =(4,y )相互垂直,则9x +3y 的最小值为( ) A .12 B .2 3 C .3 2 D .6
[答案] D
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[解析] a ·b =4(x -1)+2y =0,∴2x +y =2,∴9x +3y =32x +3y ≥232x +y =6,等号在x =12
,y =1时成立. 8. 若A ,B ,C 是直线l 上不同的三个点,若O 不在l 上,存在实数x 使得x 2OA →+xOB →+BC →=0,实数x
为( )
A .-1
B .0 C.-1+52 D.1+52
[答案] A
[解析] x 2OA →+xOB →+OC →-OB →=0,∴x 2OA →+(x -1)OB →+OC →=0,由向量共线的充要条件及A 、B 、C
共线知,1-x -x 2=1,∴x =0或-1,当x =0时,BC →=0,与条件矛盾,∴x =-1.
9. (文)已知P 是边长为2的正△ABC 边BC 上的动点,则AP →·(AB →+AC →)( )
A .最大值为8
B .最小值为2
C .是定值6
D .与P 的位置有关
[答案] C
[解析] 以BC 的中点O 为原点,直线BC 为x 轴建立如图坐标系,则B (-1,0),C (1,0),A (0,3),AB →+AC
→=(-1,-3)+(1,-3)=(0,-23),
设P (x,0),-1≤x ≤1,则AP →=(x ,-3),
∴AP →·(AB →+AC →)=(x ,-3)·(0,-23)=6,故选C.
(理)在△ABC 中,D 为BC 边中点,若∠A =120°,AB →·AC →=-1,
则|AD →|的最小值是( )
A.12
B.32
C. 2
D.22 [答案] D
[解析] ∵∠A =120°,AB →·AC →=-1,∴|AB →|·|AC →|·cos120°=-1,
∴|AB →|·|AC →|=2,∴|AB →|2+|AC →|2≥2|AB →|·|AC →|=4,∵D 为BC 边的中点,
∴AD →=12(AB →+AC →),∴|AD →|2=14(|AB →|2+|AC →|2+2AB →·AC →)=14(|AB →|2+|AC →|2-2)≥14(4-2)=12
, ∴|AD →|≥22
. 10. 如图,一直线EF 与平行四边形ABCD 的两边AB ,AD 分
别交于E 、F 两点,且交其对角线于K ,其中AE →=13AB →,AF →=12
AD →,AK →=λAC →,则λ的值为( )
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A.15
B.14
C.13
D.12
[答案] A [解析] 如图,取CD 的三等分点M 、N ,BC 的中点Q ,则EF
∥DG ∥BM ∥NQ ,易知AK →=15AC →,∴λ=15.
11. 已知向量a =(2,3),b =(-1,2),若m a +4b 与a -2b 共线,则m 的值为( )
A.12
B .2
C .-2
D .-12 [答案] C
[解析] m a +4b =(2m -4,3m +8),a -2b =(4,-1),
由条件知(2m -4)·(-1)-(3m +8)×4=0,∴m =-2,故选C.
12. 在△ABC 中,C =90°,且CA =CB =3,点M 满足BM →=2MA →,则CM →·CB →等于( )
A .2
B .3
C .4
D .6 [答案] B
[解析] CM →·CB →=(CA →+AM →)·CB →
=(CA →+13AB →)·CB →=CA →·CB →+13
AB →·CB → =13|AB →|·|CB →|·cos45°=13×32×3×22
=3. 13. 在正三角形ABC 中,D 是BC 上的点,AB =3,BD =1,则AB →·AD →=
________.
[答案] 152 [解析] 由条件知,|AB →|=|AC →|=|BC →|=3,〈AB →,AC →〉=60°,
〈AB →,CB →〉=60°,CD →=23
CB →, ∴AB →·AD →=AB →·(AC →+CD →)=AB →·AC →+AB →·23CB →=3×3×cos60°+23×3×3×cos60°=152
. 14. 已知向量a =(3,4),b =(-2,1),则a 在b 方向上的投影等于________.
[答案] -255。[解析] a 在b 方向上的投影为a ·b |b |=-25=-255. 15. 已知向量a 与b 的夹角为2π3
,且|a |=1,|b |=4,若(2a +λb )⊥a ,则实数λ=________. [答案] 1
[解析] ∵〈a ,b 〉=2π3,|a |=1,|b |=4,∴a ·b =|a |·|b |·cos 〈a ,b 〉=1×4×cos 2π3
=-2,∵(2a +λb )
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⊥a ,∴a ·(2a +λb )=2|a |2+λa ·b =2-2λ=0,∴λ=1.
16. 已知:|OA →|=1,|OB →|=3,OA →·OB →=0,点C 在∠AOB 内,且∠AOC =30°,设OC →=mOA →+nOB →(m ,
n ∈R +),则m n
=________. [答案] 3
[解析] 设mOA →=OF →,nOB →=OE →,则OC →=OF →+OE →,
∵∠AOC =30°,∴|OC →|·cos30°=|OF →|=m |OA →|=m ,
|OC →|·sin30°=|OE →|=n |OB →|=3n , 两式相除得:m 3n =|OC →|cos30°|OC →|sin30°=1tan30°=3,∴m n =3. 17. (文)设i 、j 是平面直角坐标系(坐标原点为O )内分别与x 轴、y 轴正方向相同的两个单位向量,且OA →=
-2i +j ,OB →=4i +3j ,则△OAB 的面积等于________.
[答案] 5
[解析] 由条件知,i 2=1,j 2=1,i ·j =0,∴OA →·OB →=(-2i +j )·(4i +3j )=-8+3=-5,又OA →·OB →=|OA
→|·|OB →|·cos 〈OA →,OB →〉=55cos 〈OA →,OB →〉,
∴cos 〈OA →,OB →〉=-55,∴sin 〈OA →,OB →〉=255
, ∴S △OAB =12|OA →|·|OB →|·sin 〈OA →,OB →〉=12×5×5×255
=5. (理)三角形ABC 中,a ,b ,c 分别是角A ,B ,C 所对的边,能得出三角形ABC 一定是锐角三角形的条件是________(只写序号)
①sin A +cos A =15
②AB →·BC →<0 ③b =3,c =33,B =30° ④tan A +tan B +tan C >0. [答案] ④
[解析] 若A 为锐角,则sin A +cos A >1,∵sin A +cos A =15
,∴A 为钝角,∵AB →·BC →<0,∴BA →·BC →>0,∴∠B 为锐角,由∠B 为锐角得不出△ABC 为锐角三角形;由正弦定理
b sin B =
c sin C 得,3sin30°=33sin C ,∴sin C =32,∴C =60°或120°,∵c ·sin B =332,3<332
<33,∴△ABC 有两解,故①②③都不能得出△ABC 为锐角三角形.
④由tan A +tan B +tan C =tan(A +B )(1-tan A tan B )+tan C =-tan C (1-tan A tan B )+tan C =tan A tan B tan C >0,及A 、B 、C ∈(0,π),A +B +C =π知A 、B 、C 均为锐角,
∴△ABC 为锐角三角形.
18. 已知平面向量a =(1,x ),b =(2x +3,-x ).
(1)若a ⊥b ,求x 的值.
(2)若a ∥b ,求|a -b |.
[解析] (1)若a ⊥b ,
第 6 页 共 10 页 则a ·b =(1,x )·(2x +3,-x )=1×(2x +3)+x (-x )=0,
整理得x 2-2x -3=0,解得x =-1或x =3.
(2)若a ∥b ,则有1×(-x )-x (2x +3)=0,则x (2x +4)=0,解得x =0或x =-2,
当x =0时,a =(1,0),b =(3,0),
∴|a -b |=|(1,0)-(3,0)|=|(-2,0)|=(-2)2+02=2,
当x =-2时,a =(1,-2),b =(-1,2),
∴|a -b |=|(1,-2)-(-1,2)|=|(2,-4)|=22+(-4)2=2 5.
19. 已知向量a =(sin x ,-1),b =(3cos x ,-12
),函数f (x )=(a +b )·a -2. (1)求函数f (x )的最小正周期T ;
(2)将函数f (x )的图象向左平移π6
上个单位后,再将所得图象上所有点的横坐标伸长为原来的3倍,得到函数g (x )的图象,求函数g (x )的解析式及其对称中心坐标.
[解析] (1)f (x )=(a +b )·a -2=a 2+a ·b -2=sin 2x +1+3sin x cos x +12
-2 =1-cos2x 2+32sin2x -12=32sin2x -12cos2x =sin(2x -π6
), ∴周期T =
2π2=π. (2)向左平移π6个单位得,y =sin[2(x +π6)-π6]=sin(2x +π6
),横坐标伸长为原来的3倍得, g (x )=sin(23x +π6),令23x +π6=k π得对称中心为(3k π2-π4
,0),k ∈Z . 20. (文)三角形的三个内角A 、B 、C 所对边的长分别为a 、b 、c ,设向量m =(c -a ,b -a ),n =(a +b ,c ),
若m ∥n .
(1)求角B 的大小;
(2)若sin A +sin C 的取值范围.
[解析] (1)由m ∥n 知c -a a +b
=b -a c , 即得b 2=a 2+c 2-ac ,据余弦定理知cos B =12,得B =π3
. (2)sin A +sin C =sin A +sin(A +B )=sin A +sin(A +π3
) =sin A +12sin A +32cos A =32sin A +32cos A =3sin(A +π6
), ∵B =π3,∴A +C =2π3,∴A ∈(0,2π3
), ∴A +π6∈(π6,5π6),∴sin(A +π6)∈(12
,1], ∴sin A +sin C 的取值范围为(32
,3]. (理)在钝角三角形ABC 中,a 、b 、c 分别是角A 、B 、C 的对边,m =(2b -c ,cos C ),n =(a ,cos A ),且m ∥n .
(1)求角A 的大小;
第 7 页 共 10 页 (2)求函数y =2sin 2B +cos(π3
-2B )的值域. [解析] (1)由m ∥n 得(2b -c )cos A -a cos C =0,
由正弦定理得2sin B cos A -sin C cos A -sin A cos C =0,
∵sin(A +C )=sin B ,∴2sin B cos A -sin B =0,
∵B 、A ∈(0,π),∴sin B ≠0,∴A =π3
. (2)y =1-cos2B +12cos2B +32sin2B =1-12cos2B +32sin2B =sin(2B -π6
)+1, 当角B 为钝角时,角C 为锐角,则
?????
π2<B <π0<2π3-B <π2?π2<B <2π3, ∴5π6<2B -π6<7π6,∴sin(2B -π6)∈(-12,12),∴y ∈(12,32
). 当角B 为锐角时,角C 为钝角,则
????? 0<B <π2π2<2π3-B <π?0<B <π6
, ∴-π6<2B -π6<π6,∴sin(2B -π6)∈(-12,12),∴y ∈(12,32
), 综上,所求函数的值域为(12,32
). 21. 设函数f (x )=a ·b ,其中向量a =(2cos x,1),b =(cos x ,3sin2x ),x ∈R .
(1)若f (x )=1-3且x ∈[-π3,π3
],求x ; (2)若函数y =2sin2x 的图象按向量c =(m ,n )(|m |<π2
)平移后得到函数y =f (x )的图象,求实数m 、n 的值. [解析] (1)依题设,f (x )=2cos 2x +3sin2x
=1+2sin(2x +π6
). 由1+2sin(2x +π6)=1-3,得sin(2x +π6)=-32
, ∵-π3≤x ≤π3,∴-π2≤2x +π6≤5π6,∴2x +π6=-π3,即x =-π4
. (2)函数y =2sin2x 的图象按向量c =(m ,n )平移后得到函数y =2sin2(x -m )+n 的图象,即函数y =f (x )的图象.由(1)得f (x )=2sin2(x +π12)+1.∵|m |<π2,∴m =-π12
,n =1. 22. 已知向量OP →=(2cos x +1,cos2x -sin x +1),OQ →=(cos x ,-1),f (x )=OP →·OQ →.
(1)求函数f (x )的最小正周期;
(2)当x ∈[0,π2
]时,求函数f (x )的最大值及取得最大值时的x 值. [解析] (1)∵OP →=(2cos x +1,cos2x -sin x +1),OQ →=(cos x ,-1),
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∴f (x )=OP →·OQ →=(2cos x +1)cos x -(cos2x -sin x +1)
=2cos 2x +cos x -cos2x +sin x -1=cos x +sin x =2sin(x +π4
), ∴函数f (x )最小正周期T =2π.
(2)∵x ∈[0,π2],∴x +π4∈[π4,3π4
], ∴当x +π4=π2,即x =π4时,f (x )=2sin(x +π4
)取到最大值 2. 23. △ABC 的三个内角A 、B 、C 所对的边分别为a 、b 、c ,向量m =(-1,1),n =(cos B cos C ,sin B sin C -
32),且m ⊥n .
(1)求A 的大小;
(2)现在给出下列三个条件:①a =1;②2c -(3+1)b =0;③B =45°,试从中选择两个条件以确定△ABC ,求出所确定的△ABC 的面积.
(注:只需要选择一种方案答题,如果用多种方案答题,则按第一方案给分).
[解析] (1)因为m ⊥n ,所以-cos B cos C +sin B sin C -
32=0, 即cos B cos C -sin B sin C =-32,所以cos(B +C )=-32
, 因为A +B +C =π,所以cos(B +C )=-cos A ,所以cos A =
32,A =30°. (2)方案一:选择①②,可确定△ABC ,
因为A =30°,a =1,2c -(3+1)b =0,
由余弦定理得,12=b 2+(3+12b )2-2b ·3+12b ·32解得b =2,所以c =6+22
, 所以S △ABC =12bc sin A =12·2·6+22·12=3+14
, 方案二:选择①③,可确定△ABC ,
因为A =30°,a =1,B =45°,C =105°,
又sin105°=sin(45°+60°)=sin45°cos60°+cos45°sin60°=
6+24
, 由正弦定理c =a sin C sin A =1·sin105°sin30°=6+22, 所以S △ABC =12ac sin B =12·1·6+22·22=3+14
. (注意:选择②③不能确定三角形)
(理)如图,⊙O 方程为x 2+y 2=4,点P 在圆上,点D 在x 轴上,点M 在DP 延长线上,⊙O 交y 轴于点N ,DP →∥ON →,且DM →=32
DP →. (1)求点M 的轨迹C 的方程;
(2)设F 1(0,5)、F 2(0,-5),若过F 1的直线交(1)中曲线C 于A 、B 两点,
求F 2A →·F 2B →的取值范围.
[解析] (1)设P (x 0,y 0),M (x ,y ),
第 9 页 共 10 页 ∵DM →=32DP →,∴??? y =32y 0x =x 0
,∴??? y 0=23y x 0=x , 代入x 20+y 20=4得,x 24+y 29
=1. (2)①当直线AB 的斜率不存在时,显然F 2A →·F 2B →=-4,
②当直线AB 的斜率存在时,不妨设AB 的方程为:y =kx +5,
由????? y =kx +5
x 24+y 2
9=1得,(9+4k 2)x 2+85kx -16=0,
不妨设A 1(x 1,y 1),B (x 2,y 2),则
??? x 1+x 2=-85k 9+4k 2x 1x 2=-169+4k 2, F 2A →·F 2B →=(x 1,y 1+5)·(x 2,y 2+5)=(x 1,kx 1+25)·(x 2,kx 2+25)=(1+k 2)x 1x 2+25k (x 1+x 2)+20 =-16(1+k 2)9+4k 2+-80k 29+4k 2+20=-96k 2-169+4k 2
+20 =-4+2009+4k 2
, ∵k 2≥0,∴9+4k 2≥9,∴0<2009+4k
2≤2009, ∴-4<F 2A →·F 2B →≤1649
, 综上所述,F 2A →·F 2B →的取值范围是(-4,1649
]. 24. 在平面直角坐标系内,已知两点A (-1,0)、B (1,0),若将动点P (x ,y )的横坐标保持不变,纵坐标扩大
到原来的2倍后得到点Q (x ,2y ),且满足AQ →·BQ →=1.
(1)求动点P 所在曲线C 的方程;
(2)过点B 作斜率为-22
的直线l 交曲线C 于M 、N 两点,且OM →+ON →+OH →=0,又点H 关于原点O 的对称点为点G ,试问M 、G 、N 、H 四点是否共圆?若共圆,求出圆心坐标和半径;若不共圆,请说明理由.
[解析] (1)设点P 的坐标为(x ,y ),则点Q 的坐标为(x ,2y ),
依据题意得,AQ →=(x +1,2y ),BQ →=(x -1,2y ).
∵AQ →·BQ →=1,∴x 2-1+2y 2=1.∴动点P 所在曲线C 的方程是x 22
+y 2=1. (2)因直线l 过点B ,且斜率为k =-
22,∴l :y =-22(x -1), 联立方程组????
? x 22+y 2=1y =-22(x -1),消去y 得,2x 2-2x -1=0.
第 10 页 共 10 页 设M (x 1,y 1)、N (x 2,y 2),∴?
?? x 1+x 2=1,
x 1x 2=-12,∴y 1+y 2=-22(x 1-1)-22
(x 2-1) =-22(x 1+x 2)+2=22. 由OM →+ON →+OH →=0得,OH →=(-x 1-x 2,-y 1-y 2),即H (-1,-22
), 而点G 与点H 关于原点对称,∴G (1,22
), 设线段MN 、GH 的中垂线分别为l 1和l 2,k GH =
22,则有 l 1:y -24=2(x -12),l 2:y =-2x .联立方程组????? y -24=2(x -12),y =-2x
解得l 1和l 2的交点为O 1(18,-28
). 因此,可算得|O 1H |=
(98)2+(328)2=3118, |O 1M |=(x 1-18)2+(y 1+28)2=3118
. 所以M 、G 、N 、H 四点共圆,且圆心坐标为O 1(18,-28),半径为3118
.
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