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专题 05 向量专题（数学文化）
一、单选题
1．（2022·全国·高三专题练习）2022年北京冬奥会开幕式中，当《雪花》这个节目开始后，一片巨大的
“雪花”呈现在舞台中央，十分壮观．理论上，一片雪花的周长可以无限长，围成雪花的曲线称作“雪花
曲线”，又称“科赫曲线”，是瑞典数学家科赫在1904年研究的一种分形曲线．如图是“雪花曲线”的一
种形成过程：从一个正三角形开始，把每条边分成三等份，然后以各边的中间一段为底边分别向外作正三
角形，再去掉底边，重复进行这一过程．已知图①中正三角形的边长为6，则图③中 的值为
（ ）
A．24 B．6 C． D．
2．（2023·全国·高三专题练习）庄严美丽的国旗和国徽上的五角星是革命和光明的象征．正五角星是一个
非常优美的几何图形，且与黄金分割有着密切的联系，在如图所示的正五角星中，以A，B，C，D，E为
顶点的多边形为正五边形，且 ＝ .下列关系中正确的是（ ）
A．B．
C．
D．
3．（2023·全国·高三专题练习）数学家欧拉于 年在他的著作《三角形的几何学》中首次提出定理：三
角形的外心､重心､垂心依次位于同一条直线上，且重心到外心的距离是重心到垂心距离的一半，该直线被
称为三角形的欧拉线，设点 分别为任意 的外心､重心､垂心，则下列各式一定正确的是（ ）
A． B．
C． D．
4．（2021秋·山东威海·高三统考期中）向量旋转具有反映点与点之间特殊对应关系的特征，在电子信息传
导方面有重要应用．平面向量旋转公式在中学数学中用于求旋转相关点的轨迹方程具有明显优势，已知对
任意平面向量 ，把 绕其起点沿逆时针方向旋转 角得到向量
，叫做把点 绕点 沿逆时针方向旋转 角得到点 ，已知平面内点
，点 ，点 绕点 沿顺时针方向旋转 后得到点 ，则点 的坐标为（ ）
A． B． C． D．
5．（2022·高一课时练习）我校八角形校徽由两个正方形叠加变形而成，喻意“方方正正做人”，又寄托
南开人”面向四面八方，胸怀博大，广纳新知，锐意进取”之精神，如图，在抽象自“南开校徽”的多边
形中，已知其由一个正方形与以该正方形中心为中心逆时针旋转 后的正方形组合而成，已知向量 ， ，则向量 （ ）
A． B．
C． D．
6．（2022春·黑龙江黑河·高一嫩江市高级中学校联考阶段练习）下面图1是某晶体的阴阳离子单层排列的
平面示意图．其阴离子排列如图2所示，图2中圆的半径均为 ，且相邻的圆都相切， 、 、 、 是其
中四个圆的圆心，则 （ ）．A．
B．
C．
D．
7．（2022·全国·高三专题练习）伟大的法国数学家笛卡儿（Descartes1596～1650）创立了直角坐标系.他用
平面上的一点到两条固定直线的距离来确定这个点的位置，用坐标来描述空间上的点，因此直角坐标系又
被称为“笛卡尔系”；直角坐标系的引入，将诸多的几何学的问题归结成代数形式的问题，大大降低了问
题的难度，而直角坐标系，在平面向量中也有着重要的作用；在正三角形 中， 是线段 上的点，
， ，则 （ ）.
A．3 B．6 C．9 D．12
8．（2021春·福建福州·高一校考阶段练习）“勾3股4弦5”是勾股定理的一个特例.根据记载，西周时期
的数学家商高曾经和周公讨论过“勾3股4弦5”的问题，毕达哥拉斯发现勾股定理早了500多年，如图，
在矩形 中， 满足“勾3股4弦5”，且 ， 为 上一点， .若 ，
则 的值为（ ）
A． B． C． D．1
9．（2022春·北京·高一北京市第二十五中学校考期中）据《九章算术》记载，商高是我国西周时期的数学
家，曾经和周公讨论过“勾3股4弦5”的问题，比毕达哥拉斯早500年.如图，现有 满足“勾3股4
弦5”，其中 ， ，点 是 延长线上的一点，则 =（ ）A．3 B．4 C．9 D．不能确定
10．（2022·全国·高三校联考阶段练习）黄金分割〔 〕是一种数学上的比例关系.黄金分割
具有严格的比例性、艺术性、和谐性，蕴藏着丰富的美学价值.应用时一般取 ，就像圆周率在应用时
取 一样.高雅的艺术殿堂里，自然也留下了黄金数的足迹.人们还发现，一些名画、雕塑、摄影作品的
主题，大多在画面的 处.艺术家们认为弦乐器的琴马放在琴弦的 处，能使琴声更加柔和甜美.黄
金矩形 的长宽之比为黄金分割率，换言之，矩形的长边为短边 倍.黄金分割率和黄
金矩形能够给画面带来美感，令人愉悦.在很多艺术品以及大自然中都能找到它.希腊雅典的巴特农神庙就
是一个很好的例子，达 芬奇的《维特鲁威人》符合黄金矩形.《蒙娜丽莎》中蒙娜丽莎的脸也符合黄金矩
形，《最后的晚餐》同样也应用了该比例布局.2000多年前，古希腊雅典学派的第三大算学家欧道克萨斯
首先提出黄金分割.所谓黄金分割，指的是把长为L的线段分为两部分，使其中一部分对于全部之比，等于
另一部分对于该部分之比，黄金分割比为 其实有关“黄金分割”，我国也有记载，虽没有古
希腊的早，但它是我国数学家独立创造的.如图，在矩形 中， ， 相交于点 ， ，
， ， ， ，则 （ ）
A． B．C． D．
11．（2022秋·宁夏银川·高三银川一中校考阶段练习）圆是中华民族传统文化的形态象征，象征着“圆
满”和“饱满”，是自古以和为贵的中国人所崇拜的图腾．如图， 是圆 的一条直径，且 ． ，
是圆 上的任意两点， ，点 在线段 上，则 的取值范围是（ ）
A． B． C． D．
12．（2023·全国·高三专题练习）下如图是世界最高桥——贵州北盘江斜拉桥.下如图是根据下如图作的简
易侧视图（为便于计算，侧视图与实物有区别）.在侧视图中，斜拉杆PA，PB，PC，PD的一端P在垂直
于水平面的塔柱上，另一端A，B，C，D与塔柱上的点O都在桥面同一侧的水平直线上.已知 ，
， ， .根据物理学知识得 ，则 （ ）
A．28m B．20m C．31m D．22m
13．（2022·全国·高三专题练习）我国汉代数学家赵爽为了证明勾股定理，创制了一幅“弦图”，后人称
为“赵爽弦图”，它是由四个全等的直角三角形与一个小正方形拼成的一个大正方形，如图所示，若
， ， ，则 （ ）A． B． C． D．
14．（2022春·江苏南京·高三金陵中学校考阶段练习）2021年第十届中国花卉博览会兴办在即，其中，以
“蝶恋花”为造型的世纪馆引人注目（如图①），而美妙的蝴蝶轮变不仅带来生活中的赏心悦目，也展示
了极致的数学美学世界．数学家曾借助三角函数得到了蝴蝶曲线的图像，探究如下：如图②，平面上有两
定点 ， ，两动点 ， ，且 ， 绕点 逆时针旋转到 所形成的角记为 ．设函数
， ，其中， ，令 ，作 随着
的变化，就得到了 的轨迹，其形似“蝴蝶”．则以下4幅图中，点 的轨迹（考虑糊蝶的朝向）最有可
能为（ ）A． B． C． D．
15．（2023秋·云南·高三云南师大附中校考阶段练习）窗花是贴在窗纸或窗户玻璃上的剪纸，是中国古老
的汉族传统民间艺术之一，它历史㤵久，风格独特，深受国内外人士所喜爱．如图甲是一个正八边形窗花
隔断，图乙是从窗花图中抽象出的几何图形示意图．已知正八边形 的边长为 ， 是正八
边形 边上任意一点，则 的最大值为（ ）
A． B． C． D．
二、多选题
16．（2022·全国·高三专题练习）古代典籍《周易》中的“八卦”思想在我国建筑中有一定影响．如图是受“八卦”的启示，设计的正八边形的八角窗，若 是正八边形 的中心，且 ，则
（ ）
A． 与 能构成一组基底 B．
C． D．
17．（2022春·广东揭阳·高一校考阶段练习）“圆幂定理”是平面几何中关于圆的一个重要定理，它包含
三个结论，其中一个是相交弦定理：圆内的两条相交弦，被交点分成的两条线段长的积相等.如图，已知圆
O的半径为2，点P是圆O内的定点，且 ，弦AC、BD均过点P，则下列说法正确的是（ ）
A． 为定值 B． 的取值范围是
C．当 时， 为定值 D． 的最大值为12
18．（2021春·江苏常州·高一常州市北郊高级中学校考阶段练习）（多选）古代中国的太极八卦图是以同
圆内的圆心为界，画出相等的两个阴阳鱼，阳鱼的头部有阴眼，阴鱼的头部有个阳眼，表示万物都在相互
转化，互相渗透，阴中有阳，阳中有阴，阴阳相合，相生相克，蕴含现代哲学中的矛盾对立统一规律.图2
（正八边形 ）是由图1（八卦模型图）抽象而得到，并建立如下平面直角坐标系，设 .
则下述四个结论，正确结论是（ ）A．以直线 为终边的角的集合可以表示为
B．在以点 为圆心、 为半径的圆中，弦 所对的弧长为
C．
D．
19．（2022·甘肃张掖·高台县第一中学校考模拟预测）八卦是中国文化的基本哲学概念，如图1是八卦模
型图，其平面图形记为图2中的正八边形ABCDEFGH，其中 ，则下列结论正确的有（ ）
A．
B．C．
D．向量 在向量 上的投影向量为
20．（2020春·广东东莞·高一校考阶段练习）数学家欧拉在 年提出定理：三角形的外心､重心､垂心依
次位于同一条直线上，且重心到外心的距离是重心到垂心距离的一半，此直线被称为三角形的欧拉线，该
定理则被称为欧拉线定理.设点 ､ ､ 分别是 的外心､重心､垂心，且 为 的中点，则（ ）
A． B．
C． D．
21．（2021·全国·高三专题练习）奔驰定理：已知 是 内的一点， ， ， 的面积分
别为 ， ， ，则 .“奔驰定理”是平面向量中一个非常优美的结论，因为
这个定理对应的图形与“奔驰”轿车（Mercedesbenz）的logo很相似，故形象地称其为“奔驰定理”.若 、
是锐角 内的点， 、 、 是 的三个内角，且满足 ，
，则（ ）
A．
B．
C．
D．三、填空题
22．（2020秋·四川成都·高一成都七中校考阶段练习）早在两千多年前，我国首部数学专著《九章算术》
中，就提出了宛田(扇形面积)的计算方法:“以径乘周，四而一.” (直径与弧长乘积的四分之一).已知扇形
的弧长为 面积为 设 ，则实数 等于__________．
23．（2022秋·四川内江·高三四川省隆昌市第一中学校考开学考试）《易经》是阐述天地世间关于万象变
化的古老经典，如图所示的是《易经》中记载的几何图形——八卦图.图中正八边形代表八卦，中间的圆代
表阴阳太极图，其余八块面积相等的图形代表八卦图.已知正八边形 的边长为 ， 是正八边
形 所在平面内的一点，则 的最小值为___________.
24．（2022秋·全国·高二校联考开学考试）赵爽是我国古代数学家、天文学家，大约在公元222年，赵爽
为《周髀算经》一书作序时，介绍了“勾股圆方图”，亦称“赵爽弦图”（以直角三角形的斜边为边得到
的正方形）.类比“赵爽弦图”，构造如图所示的图形，它是由三个全等的三角形与中间的一个小等边三角
形拼成的一个大等边三角形，且 ，点M为 的中点，点P是 内（含边界）一点，且
，则 的最大值为__________.25．（2022·全国·高三专题练习）中国文化博大精深，“八卦”用深邃的哲理解释自然、社会现象．如图
（1）是八卦模型图，将共简化成图（2）的正八边形 ，若 ，则
______________．
26．（2022春·福建泉州·高一校考期中）著名数学家欧拉提出了如下定理：三角形的外心、重心、垂心依
次位于同一直线上，且重心到外心的距离是重心到垂心距离的一半，此直线被称为三角形的欧拉线，该定
理被称为欧拉线定理．已知 的外心为O，重心为G，垂心为H，M为BC中点，且 ， ，
则下列各式正确的有______．
① ②
③ ④
27．（2022·全国·高三专题练习）笛卡尔坐标系是直角坐标系与斜角坐标系的统称，如图，在平面斜角坐
标系 中，两坐标轴的正半轴的夹角为 ， ， 分别是与 轴， 轴正方向同向的单位向量，若向
量 ，则称有序实数对 为 在该斜角坐标系下的坐标.若向量 ， 在该斜角坐标系下的坐标分别为 ， ，当 _______时， .
28．（2021·湖南·校联考二模）根据《周髀算经》记载，公元前十一世纪，数学家商高就提出“勾三股四
弦五”，故勾股定理在中国又称商高定理.而勾股数是指满足勾股定理的正整数组 ，任意一组勾股数
都可以表示为如下的形式： 其中 ， ， 均为正整数，且 .如图所示， 中，
， ，三边对应的勾股数中 ， ，点 在线段 上，且 ，则
______.
四、解答题
29．（2022春·江苏泰州·高一校考阶段练习）数学中处处存在着美，机械学家莱洛发现的莱洛三角形就给
人以对称的美感.莱洛三角形的画法：先画等边三角形 ，再分别以点 为圆心，线段 长为半径
画圆弧，便得到莱洛三角形.如图所示，已知 ，点 分别在弧 ，弧 上，且
.(1)若 时，求 的值.
(2)若 时，求 的值.
