☉山東省商河縣第一中學(xué) 王 剛
向量數(shù)量積在高考中的幾點(diǎn)運(yùn)用
☉山東省商河縣第一中學(xué) 王 剛
解法二:不妨設(shè)此圓的圓心為O,
平面向量是高中數(shù)學(xué)的重要內(nèi)容之一,它是聯(lián)系幾何與代數(shù)的重要紐帶,它作為一種數(shù)學(xué)工具有著廣泛的應(yīng)用,在高考命題中一直備受青睞.利用向量的幾何意義,屢屢成為填空或選擇的壓軸題,使得很多考生只能對平面向量問題產(chǎn)生了望洋興嘆的想法.筆者結(jié)合平時(shí)的教學(xué)實(shí)踐,談?wù)勏蛄繑?shù)量積在解題教學(xué)中的應(yīng)用.
利用向量數(shù)量積及運(yùn)算律解決幾何問題一般分為三步:一是用向量表示幾何關(guān)系;二是進(jìn)行向量運(yùn)算;三是還原為幾何結(jié)論.
例1 如圖1,在四邊形ABCD中,AB=CD,但不平行,點(diǎn)M,N分別是AD,BC的中點(diǎn),NM的延長線與BA,CD的延長線分別于點(diǎn)P,Q,求證:∠APM=∠DQM.
圖1
證明兩角相等,可以通過兩角的某一三角函數(shù)值相等來證明,但是要注意兩角要在三角函數(shù)的同一單調(diào)區(qū)間上.
因?yàn)辄c(diǎn)M,N分別是AD,BC的中點(diǎn),
充分利用幾何中的量化關(guān)系來解決該問題,當(dāng)然要注意兩角要在同一單調(diào)區(qū)間上才能正確求解.
與向量有關(guān)的最值問題常常需要轉(zhuǎn)化為函數(shù)的最值問題,特別是二次函數(shù)與三角函數(shù),即尋找變量,借助于向量數(shù)量積的坐標(biāo)運(yùn)算構(gòu)造函數(shù)再利用函數(shù)的性質(zhì)求其最值.
例2過半徑為2的圓外一點(diǎn)P作圓的兩條切線PA,PB,切點(diǎn)分別為A,B,則的最小值為________.
圖2
解法一:如圖2所示,不妨設(shè)此圓的圓心為O,∠APO=θ,為此可設(shè)則求的最小值.
解法三:不妨設(shè)此圓的圓心為O,∠APO=θ,,此時(shí)令,則x>0,即,所以
圖3
解法四:建立如圖3所示的平面直角坐標(biāo)系,設(shè)∠AOP=α,則 A(2cosα,2sinα),B(2cosα,得:
向量作為一種解題工具,應(yīng)用極為廣泛,一直是高考和高中數(shù)學(xué)聯(lián)賽的重點(diǎn)考查內(nèi)容.向量知識(shí)融數(shù)形于一體,為我們解決數(shù)學(xué)問題提供了更為廣闊的思維空間.
例3 若實(shí)數(shù)x,y滿足x2+y2≤1,則|2x+y-2|+|6-x-3y|的最小值是_______.
解:因?yàn)閨2x+y-2|+|6-x-3y|≥|(2x+y-2)-(6-x-3y|=|3x+4y-8|,x2+y2≤1,所以|3x+4y-8|=-(3x+4y)+8.構(gòu)造平面向量α=(3,4),β=(x,y),則因?yàn)棣痢う?|α·||β·|cos<α,β>≤|α·||β|,當(dāng)且僅當(dāng)α與β同向時(shí)取等號(hào),所以則-(3x+4y)≥-5,即|3x+4y-8|≥3,當(dāng)且僅當(dāng)且x2+y2=1,即時(shí),等號(hào)成立,所以|2x+y-2|+|6-x-3y|的最小值為3.
通過構(gòu)造向量的方法,簡化了運(yùn)算,容易理解掌握.
例5已知實(shí)數(shù)x,y滿足x2+y2≤1,則|2x+y-4|+|6-x-3y|的最大值是_______.
解:因?yàn)閨2x+y-4|+|6-x-3y|≥(|2x+y-4)-(6-x-3y|=|3x+4y-10|,x2+y2≤1,所以|3x+4y-10|=-(3x+4y)+10.構(gòu)造平面向量α=(3,4),β=(x,y),則≤1,α·β=3x+4y.因?yàn)?|α·||β|≤α·β=|α·||β·|cos〈α,β〉,當(dāng)且僅當(dāng)α與β反向時(shí)取等號(hào),所以即|3x+4y-10|≤15,當(dāng)且僅當(dāng)<0且x2+y2=1,即時(shí)等號(hào)成立,所以|2x+y-4|+|6-x-3y|的最大值是15.
例6若實(shí)數(shù)a,b,c滿足a+2b+3c=6,a2+4b2+9c2=12,則abc的值是_______.
解:構(gòu)造空間向量α=(a,2b,3c),β=(1,1,1),則|α|=因?yàn)棣痢ぎ?dāng)且僅當(dāng)α與β同向時(shí)取等號(hào),所以,當(dāng)且僅當(dāng)取等號(hào).又因?yàn)閍+2b+3c=6,所以
例7已知定義在R上的函數(shù)f(x)=|x+1|+|x-2|的最小值為a.
(1)求a的值;
(2)若p,q,r是正實(shí)數(shù),且滿足且p+q+r=a,求證:p2+q2+r2≥3.
解 :(1)因?yàn)椋╢x)=|x+1|+|x-2|=|x+1|+|2-x|≥|x+1+2-x|=3,所以(fx)的最小值為a,故a的值是3.
(2)證明:因?yàn)檎龑?shí)數(shù)p,q,r滿足p+q+r=3,構(gòu)造空間向量α=(p,q,r),β=(1,1,1),則α·β=p+q+r=3.因?yàn)棣痢う?|α·||β·|cos〈α,β〉≤|α·||β|,當(dāng)且僅當(dāng)α與β同向時(shí)取等號(hào),所以3≤%p2+q2+r2·%3,即,即p2+q2+r2≥3,當(dāng)且僅當(dāng)0,即p=q=r=1時(shí)取等號(hào).因此,命題得證.
向量的教學(xué)如果僅止于課本,則無益于學(xué)生數(shù)學(xué)思維的培養(yǎng),對數(shù)學(xué)問題的解決則沒有深度和廣度.如果能夠引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行適當(dāng)?shù)膯l(fā)式教學(xué),可培養(yǎng)學(xué)生舉一反三的能力,提高學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的興趣.通過向量數(shù)量積的計(jì)算公式進(jìn)行多方面的應(yīng)用,既開闊了視野,又為今后數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)做了鋪墊,可謂一舉多得.