高考數學中平面向量與其它知識的交匯

2022-07-26 02:54:04 字數 2172 閱讀 5445

山東省尚林濤

向量由於具有幾何形式和代數形式的「雙重身份」,使它成為中學數學知識的乙個交匯點,成為聯絡多項內容的媒介。向量與平面解析幾何,特別是其中直線部分保持著天然的聯絡,同時平面向量是處理其它問題的重要方法,通過將元素間的關係轉化為數量關係,將過去的形式邏輯證明轉化為數值計算,化繁難為簡易,是一種重要的解決問題的手段和方法。平面向量的高考考查要求,其一是主要考查平面向量的性質和運算法則,向量的座標表示及運算。

其三是和其他數學內容結合在一起,如可以和曲線、數列等基礎知識結合,考查邏輯推理和運算能力等綜合運用數學知識解決問題的能力。本文例析高考數學中平面向量與其它知識的交匯及解題策略.

一、平面向量與不等式的交匯

例1 設a、b為不相等的正數,求證:

證明: 設m=(a,b), n=(a2,b2), 利用向量的數量積不等式有|m| |n|≥|m·n| , 由於a≠b,故ab2-a2b≠0,也即向量m與n不是平行向量,故|m| |n||m·n|, |m|2 |n|2>|m·n|2 即成立.

金點子:從整體結構上發現不等式與向量不等式有相似之處,避免了取差比較的繁瑣。

二、平面向量與函式的交匯

例2 已知平面向量若存在實數x和k,使

(1)試求函式關係式k=f(x);

(2)討論函式k=f(x)的單調性並求出極大值與極小值.

解:(1

(2) 當x變化時,, k 的變化情況如下表:

∴k=f(x)在(-∞,-1)及(1,+∞)上是增函式,在(-1,1)上是減函式. 當x=-1時,k=f(x)有極大值0.5,當x=1時,k=f(x)有極小值-0.5

金點子:第(1)小題關鍵是發現,以簡化計算,利用,建立函式表示式;第(2)小題利用導數不難解決.

三、平面向量和三角函式的交匯

例3 平面直角座標系內有點p(1,cosx),q(cosx,1), , (1)求向量的夾角θ的余弦用x表示的函式f(x); (2)求θ的最值.

解:(1)

(2金點子:第(1)小題利用向量夾角公式問題便可解決;第(2)題注意到0≤θ≤π,要求出θ的最值,只需求出cosθ的最值.

四、平面向量與解析幾何中的交匯

例4 已知橢圓直線p是上一點,射線op交橢圓於r,又q在op上且滿足當點p在上移動時,求點q的軌跡方程,並說明軌跡是什麼曲線.

解:如下圖不妨設因為且所以所以,有並將其代入直線方程,得…① 同理, 所以知有代入橢圓方程,得…② 由①、②得所以點q的軌跡方程為橢圓

金點子:利用兩個非零向量a與b共線的充要條件是有且只有一實數λ,使得b=λa.當a與b同方向時,有b=λa;當a與b反方向時,有b=-λa.

五、平面向量在物理中的應用

例5一重物m用繩懸起如下圖,繩的另一端繫在天花板上,繩長=0.5m,重物經推動後,在一水平面內作勻速圓周運動,轉速n=1轉/秒,求這時繩和豎直方向所成的角度(g取10公尺/秒2).

解:重物作勻速圓周運動時,加速度是向心加速度,由牛頓第二定律知:在豎直方向上,|t|cosθ=|g|=mg(其中為繩與豎直方向所成的角)①,在水平面內,重力所受合力大小|f|=|t|sinθ,即|t|sinθ=|f|=m|a| (其中a為向心加速度),…② 由①②得 …③ 圓半徑r=sinθ,圓周長為2πsinθ,故重物在圓周上的速度大小為|v|=|2πnsinθ| 而 …④ 把④代入③ 得 …⑤ 代入已知數字得cos =0.

5,故θ=60o 由⑤可知,物體轉速n愈大,θ也愈大.

金點子:本題是利用向量求解物理問題,物理中力的合成,速度的合成等都與向量有關.

六、平面向量與其它知識的綜合交匯

例6(2023年江西、山西、天津高考試題)已知兩點m(-1,0),n(1,0),且點p使成公差小於零的等差數列。(1)點p的軌跡是什麼曲線?(2)若點p座標為(x0,y0),記為與的夾角,求tanθ

解(1)記p(x,y),由m(-1,0),n(1,0)得==(-1-x,-y), ==(1-x,-y)∴., , ,是公差小於零的等差數列,等價於 , 所以,點p的軌跡是以原點為圓心,為半徑的右半圓.

(2) 點p座標為(x0,y0),

金點子: 此小題以二次曲線為背景,以向量的數量積為工具,綜合考察了等差數列、軌跡方程等基礎知識,真正體現了高考在知識的交匯處出題的新動向。

綜上所述,以平面向量為工具把其它問題化歸為簡單的向量計算,變抽象的邏輯推理為具體的向量運算,實現了數與形的結合,所以平面向量為載體的數學試題與其它數學知識聯絡緊密,具有很強的時代氣息,因此倍受命題老師的青睞.

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