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SHANGHAI MATHEMATICS · SECTION chapter-end-8

学生阅读版 / 沪教版高中数学

章末阅读、内容提要与复习题.

必修第二册
第8章平面向量 · 保留教材主线与原题

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chapter-end-8

章末阅读、内容提要与复习题

教材与正式教参整合

话说向量

向量的故事可以追溯到遥远的年代. 早年的向量——物理学家称之为“矢量”,只是物理学专门用来表示力和速度等物理量的工具, 并不为数学家所重视. 古希腊学者亚里士多德 (Aristotle) 已经知道两个力的合成可以用平行四边形的法则得到. 但是, 在欧几里得 (Euclid)集古希腊数学大成的《几何原本》中,却没有讨论向量. 此后 2000 年左右,不管是文艺复兴时期, 还是牛顿(I. Newton)与莱布尼茨(G. Leibniz)创立微积分之后的 17、18 世纪, 人们对向量的认识并没有发生什么根本性的变化. 但进入 19 世纪,事情开始有了很大的转机. 其中, 对 “复数” (将在下一章学习) 认识的深入起了重要的推动作用. 为了更好地理解复数, 丹麦数学家韦塞尔 (C. Wessel) 于 1797 年, 瑞士数学家阿尔冈 (J. Argand) 于 1806 年独立地建立起复数的几何表示, 而高斯 (J. Gauss) 的工作则使这一原理广为人知, 并被数学家们普遍接受. 在熟悉复数的几何表示之后, 数学家们逐步认识到复数可用来表示和研究平面上的向量. 平面向量与复数之间建立起一一对应, 这不但为虚数的现实化提供了可能, 也为向量的发展开辟了道路.

在现代数学中, 平面上和空间中直观的向量被形式化地推广为高维向量, 形成了抽象的向量空间的概念, 是大学数学中线性代数的主要内容.

向量连接着代数和几何, 连接着数学与物理. 在数学上, 点的直角坐标、向量的坐标分解、直角三角形中锐角的正弦与余弦、复数的实部与虚部, 这些概念形式上不同, 却又彼此相通. 因此, 向量也会是中学数学舞台上一位独具魅力的角色.

内容提要

  1. 平面向量的基本概念

(1)向量:既有大小又有方向的量,常用 等记号表示.

(2)向量的模:向量的大小,向量 的模记为 .

(3)零向量:其模为 0,方向任意.

(4)单位向量:模为 1 的向量;非零向量 的单位向量是 .

(5)平行向量:方向相同或相反的向量.

(6)相等向量:方向相同、模相等的向量.

(7)负向量:方向相反、模相等的向量.

  1. 向量的线性运算

(1)平面向量的加法、减法:运用平行四边形法则或三角形法则.

(2)减去一个向量等于加上它的负向量.

(3)实数与平面向量的乘法:实数 与向量 的乘积,记作 .

(4)向量的加法满足交换律和结合律;实数与向量的乘法对向量加减法满足分配律。

  1. 向量的投影与数量积

(1)向量的夹角:向量 与 的夹角记为 ,其值 .

(2)向量的投影:向量 在非零向量 方向上的投影是如下的向量:

(3)向量 与 的数量积定义为

(4)向量的数量积满足交换律,并且是线性的(即对向量的加减满足分配律,且可与实数的乘法交换).

  1. 平面向量基本定理与向量的坐标表示

(1)平面向量基本定理:给定平面上两个不平行的向量,则该平面上的任意向量都可以唯一地表示为这两个向量的线性组合,也就是说,平面上任意两个不平行的向量都组成了一个基.

(2)向量的坐标表示:在直角坐标系中,把向量 的起点放到坐标原点,向量就直接用它的终点坐标 表示为 ,称为向量的坐标表示,这样,向量 就可写成坐标轴正方向上的单位向量 的线性组合 .

(3)给定平面上两点 与 ,则 .

  1. 坐标表示下的向量运算

设向量 ,则

(1) .

(2) .

(3) .

(4) .

  1. 向量的夹角、平行与垂直

设向量 ,则

(1) .

(2) 或 .

(3) .

  1. 向量的应用

要体会如何从各种有关的问题中抽象出相应的向量问题,并用所掌握的向量方法解决这个向量问题,从而使原问题得以解决.

复习题

A 组

复习题A · 1
  1. 如图, 在边长为 1 的小正方形组成的网格上, 求:

(1) ; (2) ; (3) .

教材或教参原图

(第 1 题)

复习题A · 2
  1. 已知 均为非零向量,写出 成立的充要条件.
复习题A · 3
  1. 已知 为非零向量,且 在同一起点上. 求证: 它们的终点在同一条直线上.
复习题A · 4
  1. 在矩形 中,边 的长分别为 ,若 分别是边 上的点,且满足 ,则 的取值范围是___.
复习题A · 5
  1. 已知两个向量 、 满足 , , ,且向量 与向量 的夹角为钝角. 求实数 的取值范围.
复习题A · 6
  1. 已知向量 .

(1)求 ;

(2)当 为何实数时, 与 平行?平行时它们是同向还是反向?

复习题A · 7
  1. 已知在平面直角坐标系中, 为原点,点 .

(1)求向量 的坐标及 ;

(2)已知向量 ,求 及 的坐标;

(3)求 .

复习题A · 8
  1. 已知向量 ,求 、 ,使得 .
复习题A · 9
  1. 已知点 ,且 . 求点 的坐标.
复习题A · 10
  1. 在等腰三角形 中,已知 为底边 的中点. 求证: .
复习题A · 11
  1. 如图,在四边形 中, 为对角线 与 中点连线 的中点, 为平面上任意给定的一点. 求证:

教材或教参原图

(第 11 题)

复习题A · 12
  1. 在四边形 中,向量 , . 求证: 为梯形.

B 组

复习题B · 1
  1. 已知 均为非零向量,其中的任意两个向量都不平行,且 与 是平行向量, 与 是平行向量. 求证: 与 是平行向量.
复习题B · 2
  1. 如图,点 在同一条直线上,点 不在该直线上,且 . 设 ,试用向量 表示 .

教材或教参原图

(第 2 题)

复习题B · 3
  1. 设平面上有两个向量 .

(1)求证:向量 与 垂直;

(2)当向量 与 的模相等时,求 的大小.

复习题B · 4
  1. 如图,在矩形 中, 为 的中点,点 在边 上且 . 求 的值.

教材或教参原图

(第 4 题)

复习题B · 5
  1. 已知等边三角形 的边长为 . 求 .
复习题B · 6
  1. 已知向量 ,且 、 、 三点共线. 求实数 的值.
复习题B · 7
  1. 已知向量 为直线 上的一个动点,当 取最小值时,求向量 的坐标.
复习题B · 8
  1. 如图,在正方形 中, 是对角线 上一点, 垂直 于点 垂直 于点 . 求证: .

教材或教参原图

(第 8 题)

复习题B · 9
  1. 证明: 三角形的三条高相交于一点.
复习题B · 10
  1. 如图,甲、乙分处河的两岸,欲拉船 逆流而上,需在正前方有 3 000 N 的力. 已知甲所用的力 的大小为 ,且与 的前进方向的夹角为 . 求乙所用的力 .

教材或教参原图

(第 10 题)

拓展与思考

拓展与思考 · 1
  1. 在 中, 是边 上靠近 的一个三等分点. 问: 在线段 上是否存在点 ,使得 ?
拓展与思考 · 2
  1. 在 中,已知点 分别是三角形的外心、重心和垂心. 求证: 、 三点共线. (此直线称为欧拉线)
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