(高中数学 一师一优课系列)高一数学(人教B版)向量数量积的坐标运算-1教案.docx
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1、教教 案案教学基本信息课题向量数量积的坐标运算学科数学学段: 高中年级高一年级教材书名: 普通高中教科书数学(B 版)必修第三册出版社:人民教育出版社出版日期:2019 年 7 月姓名单位设计者李艳军北京师范大学良乡附属中学实施者李艳军北京师范大学良乡附属中学指导者刘雪明北京市房山区教师进修学校课件制作者李艳军北京师范大学良乡附属中学其他参与者教学目标及教学重点、难点本节课要求掌握向量数量积的坐标表达式,会进行平面向量数量积的坐标本节课要求掌握向量数量积的坐标表达式,会进行平面向量数量积的坐标运算运算,能运用数量积的坐标表达式表示向量的长度能运用数量积的坐标表达式表示向量的长度、距离以及两个向
2、量的夹角距离以及两个向量的夹角,会用数量积判断两个向量的垂直关系。通过五个例题以及一道思考与练习对上会用数量积判断两个向量的垂直关系。通过五个例题以及一道思考与练习对上述内容进行巩固应用,其中有一个例题让学生体验用向量数量积的坐标运算解述内容进行巩固应用,其中有一个例题让学生体验用向量数量积的坐标运算解决某些简单的几何问题。整节课让学生体会数形结合及转化的数学思想。决某些简单的几何问题。整节课让学生体会数形结合及转化的数学思想。重点:向量数量积的坐标运算与度量公式重点:向量数量积的坐标运算与度量公式.难点:灵活应用向量数量积的坐标运算与度量公式解决有关问题难点:灵活应用向量数量积的坐标运算与度
3、量公式解决有关问题.教学过程(表格描述)教学环节主要教学活动设置意图引入在前面的课程中我们学习了向量数量积的定在前面的课程中我们学习了向量数量积的定义、相关性质以及向量数量积的运算律,目前为义、相关性质以及向量数量积的运算律,目前为止,我们学习了向量的四种运算,分别是加法运止,我们学习了向量的四种运算,分别是加法运算算、减法运算减法运算、数乘运算以及数量积运算数乘运算以及数量积运算。其中其中,加法运算、减法运算以及数乘运算不仅具有明显加法运算、减法运算以及数乘运算不仅具有明显的几何特征,而且还可以进行坐标运算,在具有的几何特征,而且还可以进行坐标运算,在具有几何特征的同时还具备了代数的特征,我
4、们刚刚几何特征的同时还具备了代数的特征,我们刚刚提出问题提出问题, 引发思引发思考考学习了向量数量积的几何意义学习了向量数量积的几何意义,知道它具备知道它具备“形形”的特征,那么,它是否也像其他三种运算一样可的特征,那么,它是否也像其他三种运算一样可以进行坐标运算,具备代数的特征呢?答案是肯以进行坐标运算,具备代数的特征呢?答案是肯定的。那么,我们这节课就来共同学习向量数量定的。那么,我们这节课就来共同学习向量数量积的坐标运算。积的坐标运算。新课首先让我们来复习回顾与本节课的内容相关首先让我们来复习回顾与本节课的内容相关的两个知识点。的两个知识点。第一个知识点,向量数量积的定义及相关性第一个知
5、识点,向量数量积的定义及相关性质。质。向量数量积的定义向量数量积的定义, 即即:|cos,a ba ba b 2|aa a ,也可以写成,也可以写成|aa a ,此处需,此处需注意:在写法上,注意:在写法上,2aa a 。这个公式可以用来。这个公式可以用来求向量的模。求向量的模。当当a与与b都是非零向量时都是非零向量时,cos,|a ba ba b ,这个公式可以用来求两向量之间的夹角。这个公式可以用来求两向量之间的夹角。0aba b ,这个公式可以用来证明某,这个公式可以用来证明某些垂直问题,或者将某些垂直问题转化成向量数些垂直问题,或者将某些垂直问题转化成向量数量积的语言进行求解。量积的语
6、言进行求解。接下来接下来我们复习回顾第我们复习回顾第 2 个知识点,必修第个知识点,必修第二册学习过的平面向量坐标表示的定义?二册学习过的平面向量坐标表示的定义?在平面直角坐标系中在平面直角坐标系中,分分别给定与别给定与x轴、轴、y轴正方向相轴正方向相同的单位向量同的单位向量1e和和2e 之后之后,根根据平面向据平面向量基本定理可知量基本定理可知,对对平面内的任意向量平面内的任意向量a, 有且只有一对实数有且只有一对实数, x y, 使使得得12axeye 。这时我们称有序实数对。这时我们称有序实数对( , )x y是是复习旧知复习旧知, 引出新引出新知知, 为后续的学习为后续的学习提供铺垫提
7、供铺垫向量向量a的坐标,记作的坐标,记作( , )ax y。而且,。而且,12 ,e e 是是一组单位正交基底,根据前面学习过的向量数量一组单位正交基底,根据前面学习过的向量数量积的定义积的定义, 可得可得11221e eee ,12210e eee 。向量可以用坐标表示,前面我们学习了向量向量可以用坐标表示,前面我们学习了向量数量积的定义,那么向量的数量积可以用坐标表数量积的定义,那么向量的数量积可以用坐标表示吗?示吗?我们看第我们看第1个思考题:设个思考题:设1122( ,),(,)ax ybxy,你能用,你能用, a b 的坐标表示的坐标表示a b 吗?吗?由向量坐标的定义可知,存在单位
8、正交基底由向量坐标的定义可知,存在单位正交基底12 ,e e ,使得,使得1 112ax ey e ,2 122bx ey e ,因,因此此a b =1 112()x ey e 2 122()x ey e =12 1112 1212211222x x e ex y e ey x eey y ee ,根据根据刚 才 的 结 论 , 其 中刚 才 的 结 论 , 其 中11221e eee ,12210e eee , 所 以, 所 以a与与b的 数 量 积 等 于的 数 量 积 等 于1212x xy y。从而从而1212a bx xy y ,即两个向量的即两个向量的数量积等于这两个向量的横坐标之
9、积与纵坐标之数量积等于这两个向量的横坐标之积与纵坐标之积的和。积的和。前面我们学习了向量数量积的性质,得出了前面我们学习了向量数量积的性质,得出了向量模、以及两个向量夹角的余弦公式,那么这向量模、以及两个向量夹角的余弦公式,那么这些公式可以用坐标表示吗?些公式可以用坐标表示吗?我 们 来 看 第我 们 来 看 第2个 思 考 题 :个 思 考 题 :设设1122( ,),(,)ax ybxy,且它们都不是零向量时,且它们都不是零向量时,你能用你能用, a b 的坐标表示的坐标表示|,|ab和和cos, a b 吗?吗?由向量数量积的性质及向量数量积的坐标表由向量数量积的性质及向量数量积的坐标表
10、思考问题思考问题, 利用所利用所学得出向量数量学得出向量数量积定义的坐标表积定义的坐标表达式。达式。通过问题和思考通过问题和思考示得:示得:222111111|( ,) ()ax yxyxy22111111|aa axxyyxy 即:,同理可得:同理可得:2222|bb bxy ,当当a和和b是零向量时,它们的模是是零向量时,它们的模是 0。这两个向量夹角的余弦是这两个向量夹角的余弦是121222221122cos,|x xy ya ba ba bxyxy 小结:利用向量的坐标可以迅速的求出向量小结:利用向量的坐标可以迅速的求出向量的数量积、向量的模以及两个向量的夹角。的数量积、向量的模以及两
11、个向量的夹角。下面我们来看第下面我们来看第 3 个思考题:在平面直角坐个思考题:在平面直角坐标系中标系中, 如果如果1122( ,), (,)A x yB xy, 你能利用向量的你能利用向量的数量积得出这两点之间的距离公式吗?数量积得出这两点之间的距离公式吗?如果如果1122( ,), (,)A x yB xy,则,则2121(,)ABxx yy ,所以平面直角坐标系中线,所以平面直角坐标系中线段段AB的 长 度 等 于的 长 度 等 于AB 的 模 , 等 于的 模 , 等 于222121()()xxyy,这是平面直角坐标系中两这是平面直角坐标系中两点间的距离公式。点间的距离公式。小结:利用
12、向量的数量积可以方便的得出平小结:利用向量的数量积可以方便的得出平面直角坐标系中两点之间的距离公式。面直角坐标系中两点之间的距离公式。下面我们来看例下面我们来看例 1: 已知已知(3, 1),(1, 2),ab求求,a b |,|,aba b .解:题目直接给出了解:题目直接给出了a,b的坐标,所以的坐标,所以直接代直接代入向量数量积的坐标运算公式可知入向量数量积的坐标运算公式可知:题题, 得出向量的模得出向量的模和夹角公式的坐和夹角公式的坐标运算标运算通过思考题得出通过思考题得出向量数量积证明向量数量积证明平面上两点之间平面上两点之间距离公式的方法距离公式的方法,体会向量数量积体会向量数量积
13、的作用的作用2222(3, 1) (1, 2)3 1 ( 1) ( 2)5,|3( 1)10,|1( 2)5a bab 52cos,2|105a ba ba b 因为两个向因为两个向量夹角的范围是大于等于量夹角的范围是大于等于 0 小于等于小于等于,所以,所以,4a b 。下 面 我 们 来 看 例下 面 我 们 来 看 例2 : 已 知 点: 已 知 点(1,2),(3,4),(5,0),ABC求求BAC的余弦值。的余弦值。这是一个平面几何中的角度问题,而向量与这是一个平面几何中的角度问题,而向量与向量之间也有夹角,你能将这个角度问题转化为向量之间也有夹角,你能将这个角度问题转化为向量夹角的
14、问题,进而用向量夹角的坐标运算来向量夹角的问题,进而用向量夹角的坐标运算来解决吗?解决吗?如 图 , 在如 图 , 在ABC中 ,中 ,BAC是 向 量是 向 量AB 和 向 量和 向 量AC的夹角,的夹角,此处,要特别此处,要特别提醒同学们,要求两个向量提醒同学们,要求两个向量的夹角,必须将这两个向量的夹角,必须将这两个向量移动至共同的起点。在这个题目中,向量移动至共同的起点。在这个题目中,向量AB 与与向量向量AC有共同的起点有共同的起点 A, 因此角因此角 BAC 就是向量就是向量AB 与向量与向量AC的夹角的夹角。 可利用两向量夹角的余弦可利用两向量夹角的余弦公式来求解。公式来求解。因
15、为因为(3 1,42)(2,2),(5 1,02)(4, 2)ABAC 所以所以通过例题让学生通过例题让学生巩固应用向量数巩固应用向量数量积的坐标运算量积的坐标运算2 42 ( 2)4AB AC ,2222|228,|4( 2)20ABAC ,因此因此410cos10|820AB ACBACABAC 。前面学习了两个向量垂直的充要条件,你能前面学习了两个向量垂直的充要条件,你能用向量的坐标表示出两个向量垂直的充要条件用向量的坐标表示出两个向量垂直的充要条件吗?吗?我 们 来 看 第我 们 来 看 第4个 思 考 题 : 设个 思 考 题 : 设1122( ,),(,)ax ybxy,你能用,你
16、能用, a b 的坐标表示出的坐标表示出ab的充要条件吗?的充要条件吗?因 为因 为ab的 充 要 条 件是的 充 要 条 件是0a b , 因此, 因此12120abx xy y。小结:利用向量的坐标和向量的数量积,可小结:利用向量的坐标和向量的数量积,可以方便的表达出向量垂直的条件。以方便的表达出向量垂直的条件。下 面 我 们 来 看 例下 面 我 们 来 看 例3 : 已 知 点: 已 知 点(1,2),(2,3),( 2,5),ABC 求证:求证:ABAC 。本题考察向量与向量的垂直问题,而题目本题考察向量与向量的垂直问题,而题目的的条件中给出了点的坐标,你能将条件中给出了点的坐标,你
17、能将这个垂直问题转这个垂直问题转化为如何用向量与向量垂直的坐标运算来解决化为如何用向量与向量垂直的坐标运算来解决吗?答案是肯定的,下面是解题过程。吗?答案是肯定的,下面是解题过程。因为因为(2,3)(1,2)(1,1),( 2,5)(1,2)( 3,3)ABAC 所以所以(1,1) ( 3,3)1 ( 3)1 30AB AC ,因,因此此ABAC 。通过思考题通过思考题, 让学让学生感受向量垂直生感受向量垂直的坐标运算表达的坐标运算表达式式下面我们继续来看下面我们继续来看例例4:如图,已知点:如图,已知点(2,1)A,将向量将向量OA 绕原点绕原点O逆时针逆时针旋转旋转2得到得到OB ,求点求
18、点B的的坐标。坐标。你能挖掘已知条件,从而找到关于点你能挖掘已知条件,从而找到关于点B坐标坐标的方程吗?的方程吗?由已知可得:由已知可得:| |,0OBOA OA OB ,设,设( , )B x y,则,则( , ),OBx y 又因为又因为(2,1),OA 则由则由| |OBOA 可得可得222221xy,由由0OA OB 可可得得20 xy,联立这两个方程联立这两个方程,解得解得1,2xy 或或1,2xy , 又 因 为 由图 可知, 又 因 为 由图 可知0,x 所 以所 以( 1,2)B 。小结:小结:利用向量的坐标求向量的数量积是一利用向量的坐标求向量的数量积是一种常用的方法,同样,
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