高中数学第二章平面向量25从力做的功到向量的数量积课件2北师大必修4.ppt
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1、2.52.5从力做的功到向量的数量积从力做的功到向量的数量积【知识提炼知识提炼】1.1.向量的夹角与投影向量的夹角与投影(1)(1)夹角夹角定义:已知两个非零向量定义:已知两个非零向量a和和b,作,作 =a,=,=b,则则_叫作向量叫作向量a与与b的夹角;的夹角;范围:范围:_;OAOB AOB=AOB=0 0180180大小与向量共线、垂直的关系:大小与向量共线、垂直的关系:=0 0a与与b_,180180a与与b_,9090a_b.同向同向反向反向(2)(2)投影投影定义:如图所示:定义:如图所示:=a,=b,过点,过点B B作作BBBB1 1垂直于直线垂直于直线OAOA,垂足为,垂足为B
2、 B1 1,则,则OBOB1 1=_._=_._叫做向量叫做向量b在在a方向上的投影数量方向上的投影数量(简称投影简称投影).).OAOB|b|cos|cos|b|cos|cos 大小与夹角的关系:大小与夹角的关系:夹角夹角 0 0 锐角锐角 9090 钝角钝角 180180 射影射影 _ _ _|b|正值正值0 0负值负值-|-|b|2.2.向量的数量积向量的数量积(1)(1)定义:已知两个向量定义:已知两个向量a与与b,它们的夹角为,它们的夹角为,我们把,我们把_叫作叫作a与与b的数量积的数量积(或内积或内积),记作,记作_,即,即ab=_.=_.|a|b|cos|cos ab|a|b|c
3、os|cos (2)(2)几何意义:数量积几何意义:数量积ab等于等于a的长度的长度|a|与与b在在a方向上投影方向上投影_的乘积,或的乘积,或b的长度的长度_与与a在在b方向上投影方向上投影_的乘积的乘积.(3)(3)物理意义:力对物体做功,就是力物理意义:力对物体做功,就是力F与其作用下物体的位移与其作用下物体的位移s的数量积的数量积_._.|b|cos|cos|b|a|cos|cos Fs(4)(4)性质:性质:若若e是单位向量,则是单位向量,则ea=ae=_=_;ab_;(其中其中a,b为非零向量为非零向量););|a|=|=coscos=_(|=_(|a|b|0)|0);对任意两个向
4、量对任意两个向量a,ba,b,有有|ab|_|_|a|b|.|.|a|cos|cos ab=0=0;a a|a ba b(5)(5)运算律:运算律:交换律:交换律:ab=_.=_.结合律:结合律:(a)b=_=_.=_=_.分配律分配律:a(b+c)=_.)=_.ba(ab)a(b)ab+ac【即时小测即时小测】1.1.思考下列问题思考下列问题:(1)(1)向量的夹角与直线的倾斜角的范围相同吗向量的夹角与直线的倾斜角的范围相同吗?提示提示:不相同不相同.向量的夹角范围为向量的夹角范围为0,0,而直线的倾斜角范围为而直线的倾斜角范围为0,0,).).(2)(2)影响数量积的大小的因素有哪些影响数
5、量积的大小的因素有哪些?提示提示:影响数量积的大小的因素有向量的模及其夹角的大小影响数量积的大小的因素有向量的模及其夹角的大小.2.2.若若e1 1,e2 2是两个平行的单位向量是两个平行的单位向量,则下面结果正确的是则下面结果正确的是()A.A.e1 1e2 2=1=1 B.B.e1 1e2 2=-1=-1C.|C.|e1 1e2 2|=1 D.|=1 D.e1 1e2 210,0,则则a a与与b b的夹角的夹角的取值范围是的取值范围是()【解析解析】选选A.A.因为因为a ab b0,0,所以所以coscos0,0,所以所以 .A.0,)B.,C.(,D.,2222()0,)24.4.若
6、若e1 1,e2 2是夹角为是夹角为 的单位向量的单位向量,且且a=2=2e1 1+e2 2,b=-3=-3e1 1+2+2e2 2,则则ab等于等于 ()A.1A.1 B.-4B.-4 C.-C.-D.D.37272【解析解析】选选C.C.ab=(2=(2e1 1+e2 2)(-3(-3e1 1+2+2e2 2)=-6|=-6|e1 1|2 2+|+|e1 1|e2 2|cos +2|cos +2|e2 2|2 2=-6=-61 12 2+1+11 1 +2 +21 12 2=-.=-.22112262ee ee212725.5.已知已知|a|=5,|=5,|b|=6,|=6,若若ab,则则
7、ab=_.=_.【解析解析】由由ab,可知可知a与与b的夹角为的夹角为0 0或或,故故ab=30.30.答案答案:3030【知识探究知识探究】知识点知识点1 1 向量的数量积向量的数量积观察如图所示内容观察如图所示内容,回答下列问题回答下列问题:问题问题1:1:向量的数量积可正、可负、可为零向量的数量积可正、可负、可为零,其决定因素是什么其决定因素是什么?问题问题2:2:向量数量积向量数量积ab中的中的“”能否省去能否省去?【总结提升总结提升】1.1.数量积的写法及与实数乘积的区别数量积的写法及与实数乘积的区别两向量两向量a,b的数量积也称作内积的数量积也称作内积,写成写成ab,其应与代数中的
8、其应与代数中的a,b的乘的乘积积ab区分开来区分开来,其中其中“”是一种运算符号是一种运算符号,不同于实数的乘法符号不同于实数的乘法符号.在向量运算中既不能省略在向量运算中既不能省略,也不能用也不能用“”代替代替.2.2.数量积运算的结果数量积运算的结果(1)(1)向量线性运算的结果是一个向量向量线性运算的结果是一个向量,但两个向量的数量积是一个数量但两个向量的数量积是一个数量.(2)(2)由于由于0 0180180,所以所以ab可以为正数、负数和零可以为正数、负数和零,且当且当0 0900;0;当当=90=90时时,ab=0;=0;当当9090180180时时,ab0.0.(3)(3)若若a
9、为零向量为零向量,则则|a|=|=0,从而从而ab=0,=0,故零向量与任一向量的数量故零向量与任一向量的数量积为积为0.0.(4)(4)aa=a2 2=|=|a|2 2.(5)(5)两个单位向量的数量积等于它们的夹角的余弦值两个单位向量的数量积等于它们的夹角的余弦值.知识点知识点2 2 数量积的性质及运算律数量积的性质及运算律观察如图所示内容观察如图所示内容,回答下列问题回答下列问题:问题问题1:1:向量的数量积有什么重要的性质向量的数量积有什么重要的性质?问题问题2:2:数量积与实数乘积有什么差异数量积与实数乘积有什么差异?【总结提升总结提升】1.1.数量积五条性质的应用数量积五条性质的应
10、用性质性质(1)(1)可以帮助理解数量积的几何意义可以帮助理解数量积的几何意义;性质性质(2)(2)可以解决有关垂直的问题可以解决有关垂直的问题;性质性质(3)(3)可以求向量的长度可以求向量的长度;性质性质(4)(4)可以求两向量的夹角可以求两向量的夹角;性质性质(5)(5)可以解决有关不等式的问题可以解决有关不等式的问题,当且仅当当且仅当ab时时,等号成立等号成立.2.2.数量积运算遵循的运算律及常用公式数量积运算遵循的运算律及常用公式(1)(1)遵循的运算律遵循的运算律:数量积的运算只适合交换律、分配律及数乘结合律数量积的运算只适合交换律、分配律及数乘结合律,不适合乘法结合律不适合乘法结
11、合律,即即(ab)c不一定等于不一定等于a(bc).).这是由于这是由于(ab)c表示一个与表示一个与c共线的向量共线的向量,而而a(bc)表示一个与表示一个与a共线的向量共线的向量,而而c与与a不一定共线不一定共线.(2)(2)常用公式及注意点常用公式及注意点:(a+b)(a-b)=|)=|a|2 2-|-|b|2 2;(a+b)2 2=|=|a|2 2+2+2ab+|+|b|2 2;(a-b)2 2=|=|a|2 2-2-2ab+|+|b|2 2.注意注意:|:|a|2 2=aa,|,|b|2 2=bb.【题型探究题型探究】类型一类型一 平面向量数量积的概念及运算平面向量数量积的概念及运算
12、【典例典例】1.|1.|a|=2,|=2,向量向量a与向量与向量b的夹角为的夹角为120120,则向量则向量a在向量在向量b方方向上的射影等于向上的射影等于()A.2A.2 B.120B.120C.-1 D.C.-1 D.由向量由向量b的长度确定的长度确定2.2.已知已知|a|=3,|=3,|b|=6,|=6,当当(1)(1)ab,(2),(2)ab,(3),(3)a与与b的夹角是的夹角是6060时时,分别求分别求ab,a(a+b).).【解题探究解题探究】1.1.向量向量a在向量在向量b方向上的射影公式是什么方向上的射影公式是什么?提示提示:|a|cos|cos.2.2.ab时时,两向量的夹
13、角是多少两向量的夹角是多少?提示提示:若若a与与b同向同向,则它们的夹角则它们的夹角=0=0,若若a与与b反向反向,则它们的夹角则它们的夹角=180=180.【解析解析】1.1.选选C.C.根据平面向量数量积的几何意义可知根据平面向量数量积的几何意义可知|a|cos120|cos120=2=2 =-1.=-1.2.(1)2.(1)当当ab时时,若若a与与b同向同向,则它们的夹角则它们的夹角=0=0,所以所以ab=|=|a|b|cos0|cos0=3=36 61=18,1=18,a(a+b)=)=a2 2+ab=9+18=27.=9+18=27.若若a与与b反向反向,则它们的夹角则它们的夹角=1
14、80=180,所以所以ab=|=|a|b|cos180|cos180=3=36 6(-1)=-18,(-1)=-18,a(a+b)=)=a2 2+ab=9-18=-9.=9-18=-9.12()(2)(2)当当ab时时,它们的夹角它们的夹角=90=90,所以所以ab=0,=0,a(a+b)=)=a2 2=9.=9.(3)(3)当当a与与b的夹角是的夹角是6060时时,有有ab=|=|a|b|cos60|cos60=3=36 6 =9.=9.a(a+b)=)=a2 2+ab=18.=18.12【方法技巧方法技巧】1.1.求平面向量数量积的流程求平面向量数量积的流程2.2.形如形如(m ma+n+
15、nb)(k(ka+lb)的运算技巧及注意点的运算技巧及注意点(1)(1)技巧技巧:类似于实数多项式的运算类似于实数多项式的运算,将运算转化为向量将运算转化为向量a,b的数量积的数量积运算运算.(2)(2)注意点注意点:a与与b的数量积不可书写或认为是的数量积不可书写或认为是ab,a2 2=|=|a|2 2的应用的应用.【拓展延伸拓展延伸】数量积运算时的两个注意点数量积运算时的两个注意点(1)(1)要找准两向量的夹角要找准两向量的夹角.(2)(2)注意向量数量积的运算律的应用注意向量数量积的运算律的应用.【变式训练变式训练】已知正三角形已知正三角形ABCABC的边长为的边长为1.1.求求:1 A
16、BAC.2 AB BC.,【解析解析】(1)(1)的夹角为的夹角为6060,所以所以 (2)(2)因为因为 的夹角为的夹角为120120,所以所以 ABAC 与11AB ACAB AC cos 601 1.22 ABBC 与11AB ACAB BC cos 1201 1.22 ()类型二类型二 利用数量积求向量的模利用数量积求向量的模【典例典例】已知已知|a|=|=|b|=5,|=5,向量向量a与与b的夹角为的夹角为 .求求|a+b|,|,|a-b|.|.【解题探究解题探究】联想到联想到|a|2 2=a2 2,要求要求|a+b|,|,|a-b|,|,应先求什么应先求什么?提示提示:应求应求|a
17、+b|2 2与与|a-b|2,进而可知先求进而可知先求ab.3【解析解析】方法一方法一:由题意可得由题意可得ab=|=|a|b|cos|cos=5=55 5 因为因为|a+b|2 2=|=|a|2 2+|+|b|2 2+2+2ab=25+25+2=25+25+2 =75,=75,所以所以|a+b|=5 .|=5 .同理因为同理因为|a-b|2 2=|=|a|2 2+|+|b|2 2-2-2ab=25,=25,所以所以|a-b|=5.|=5.125.222523方法二方法二:由向量线性运算的几何意义求作菱形由向量线性运算的几何意义求作菱形ABCD,ABCD,使使AB=AD=5,AB=AD=5,设
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