向量是既有大小又有方向的量,它同時(shí)具有代數(shù)形式與幾何形式的“雙重身份”。因此在學(xué)習(xí)向量的加減法時(shí),我們通過“三角形法則”和“平行四邊形法則”對(duì)向量的加減法作解釋和理解。在解決平面向量的某些問題時(shí),如果我們可以主動(dòng)運(yùn)用向量加減法的幾何性質(zhì),構(gòu)建圖形運(yùn)用數(shù)形結(jié)合的方法,借助幾何圖形直觀地反映出向量的代數(shù)關(guān)系來解決問題,以“形”助“數(shù)”可以使向量問題簡單化,抽象問題具體化,從而達(dá)到事半功倍的效果。下面列舉相關(guān)例題用以說明。
例1.(蘇、錫、常、鎮(zhèn)四市2011屆高三聯(lián)考調(diào)研測試二)
平面內(nèi)兩個(gè)非零向量α,β,滿足|β|=1, 且α與β-α的夾角為135°,求|α|的取值范圍。
分析:可令α= ,β= ,則β-α= (如圖①)
在ΔOBA中,設(shè)∠OAB =θ,
點(diǎn)評(píng):如果這道題目只是單純地利用代數(shù)的方法進(jìn)行運(yùn)算,問題的解決將會(huì)比較困難。如果我們利用減法的三角形法則來表示α,β,β-α,三者之間的關(guān)系。那么題中的代數(shù)量就全部可以通過三角形的邊、角等幾何量來表示,這樣就可以把問題轉(zhuǎn)換解三角形的問題。
例2.(2013年高考湖南文科卷)已知a,b是單位向量,a-b=0,若c滿足|c-a-b|=1,求|c|的最大值。
分析:注意到|c-a-b|=1,即|c-(a+b)|=1
令a= ,b= (如圖②)
∴a+b= ∵a,b是單位向量且a·b=0,
∴四邊形ABCD為正方形,其中| |=
設(shè)c= ,則∵c-(a+b)=
由題意∵|c-(a+b)|=1 ∴| |=1
∴C在以D為圓心,1為半徑的圓上,∴|c|的最大值為 +1
點(diǎn)評(píng):作為一道高考題,這道題目的解決方案不止這一種。在題中因?yàn)閍與b是相互垂直的單位向量,我們同樣可以設(shè)a=(1,0),b=(0,1),c=(x,y),這樣條件|c-a-b|=1可以轉(zhuǎn)化為 =1,求|c|的最大值也可以轉(zhuǎn)化為求的最大值,這時(shí)同樣可以以O(shè)點(diǎn)為原點(diǎn),建立直角坐標(biāo)系,利用圓上點(diǎn)的幾何性質(zhì)來解決問題(如圖②)。通過這一道題我們可以發(fā)現(xiàn)同一道題的“數(shù)”與“形”是可以相互轉(zhuǎn)化的,它們可以互為補(bǔ)充,各取其長。
例3.(徐州市2013屆高三第三次質(zhì)量檢測)
已知O為ΔABC的外心,若5 +12 -13 =0,求
分析: ∵O為ΔABC的外心,∴|OA|=|OB|=|OC|
∴5| |:12| |:13| |=5:12:13
又∵5 +12 ?13 =0
∴5 +12 =13 (如圖③)
∵132=122+52 ∴OA⊥OB,
∴弧AMB所對(duì)的圓心角為270°
∴弧AMB所對(duì)的圓周角∠C=135°
點(diǎn)評(píng):這道題目的難點(diǎn)在于(1)O為ΔABC的外心這一個(gè)條件怎么用?(2)以5,12,13為長度的三條邊所構(gòu)成的三角形是一個(gè)直角三角形,那么怎么樣可以用好這個(gè)隱藏的幾何條件?這兩個(gè)難點(diǎn)都與“幾何性質(zhì)”相關(guān)。在這個(gè)時(shí)候如果可以運(yùn)用向量加法的平行四邊形法則,將三個(gè)向量的代數(shù)關(guān)系用平行四邊形法則來進(jìn)行幾何描述,就可以很好地將“外心”以及直角三角形的幾何性質(zhì)性質(zhì)用好,從而順利地將問題解決。
對(duì)于上述例題的分析,我們發(fā)現(xiàn)在解決部分向量問題時(shí)如果熟練地運(yùn)用向量的幾何性質(zhì)??梢宰寙栴}的解決顯得舉重若輕。當(dāng)然這并不是說向量的幾何性質(zhì)要比代數(shù)運(yùn)算重要,靈活地運(yùn)用代數(shù)性質(zhì)在解決問題的過程中也是必不可少的。事實(shí)上數(shù)學(xué)是提示客觀事物數(shù)量和形體本質(zhì)關(guān)系的科學(xué),“數(shù)”與“形”是事物的兩個(gè)側(cè)面。在解決具體問題時(shí)即不可以重“數(shù)”輕“形”,也不可以重“形”輕“數(shù)”。
(作者單位:江蘇省無錫市湖濱中學(xué))