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专题5.1平面向量的概念及其线性运算(解析版)_02高考数学_新高考复习资料_2024年新高考资料_一轮复习资料_答案解析版

  • 2026-04-14 08:31:58 2026-04-14 03:33:07

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29 页
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2026-04-14 03:33:07

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5.1 平面向量的概念及其线性运算 思维导图 知识点总结 1.向量的有关概念 (1)向量:既有大小又有方向的量叫作向量,用有向线段表示,此时有向线段的方向就是向量 的方向.向量AB的大小就是向量的长度(或称模),记作 | AB |. (2)零向量: 长度为 0 的向量,记作0. (3)单位向量:长度等于 1 个单位 长度的向量. (4)平行向量(共线向量):方向相同或相反的非零向量.向量a,b平行,记作a∥b.规定:0与任 一向量平行. 资料整理【淘宝店铺:向阳百分百】(5)相等向量:长度相等且方向相同的向量. (6)相反向量:长度相等且方向相反的向量. 2.向量的线性运算 向量运算 定 义 法则(或几何意义) 运算律 (1)交换律: a+b= b + a 求两个向量和的 三角形法则 加法 运算 (2)结合律: (a+b)+c= a + ( b + c ) 平行四边形法则 求两个向量差的 减法 a-b=a+(-b) 运算 (1)|λa|= | λ | | a |; (2)若a≠0,则当λ>0 规定实数 λ 与向 时,λa的方向与a的方 λ(μa)= λμ a ; 数乘 量 a 相 乘 的 运 向相同;当λ<0时,λa (λ+μ)a= λ a + μ a ; 算,叫作向量的 的方向与a的方向相 数乘,记作λa 反;特别地,当λ=0 λ(a+b)= λ a + λ b 时,0a=0;当a=0 时,λ0=0 3.共线向量定理 设a为非零向量,如果有一个实数 λ,使 b = λ a ,那么b与a是共线向量;反之,如果 b与a 是共线向量,那么有且只有一个实数λ,使b=λa. [常用结论] 1.中点公式的向量形式:若P为线段AB的中点,O为平面内任一点,则OP=(OA+OB). 2.OA=λOB+μOC(λ,μ为实数),若点A,B,C共线(O不在直线BC上),则λ+μ=1. 3.解决向量的概念问题要注意两点:一是不仅要考虑向量的大小,更重要的是考虑向量的方 向;二是要特别注意零向量的特殊性,考虑零向量是否也满足条件. 资料整理【淘宝店铺:向阳百分百】典型例题分析 考向一 平面向量的有关概念 例1. 设a,b都是非零向量,下列四个条件中,使=成立的充分条件是( ) A.a=-b B.a∥b C.a=2b D.a∥b且|a|=|b| 答案 C 解析 因为向量的方向与向量a方向相同,向量的方向与向量b方向相同,且=, 所以向量a与向量b方向相同,故可排除选项A,B,D. 当a=2b时,==, 故a=2b是=成立的充分条件. 感悟提升 平行向量有关概念的四个关注点 (1)相等向量具有传递性,非零向量的平行也具有传递性. (2)共线向量即为平行向量,它们均与起点无关. (3)向量可以平移,平移后的向量与原向量是相等向量,解题时,不要把它与函数图象的平移 混淆. 考向二 向量的线性运算 角度1 平面向量加、减运算的几何意义 例2 (2023·芜湖调研)如图,等腰梯形ABCD中,AB=BC=CD=3AD,点E为线段CD上靠 近C的三等分点,点F为线段BC的中点,则FE=( ) A.-AB+AC B.-AB+AC C.-AB+AC D.-AB+AC 答案 A 资料整理【淘宝店铺:向阳百分百】解析 由题图,得FE=FC+CE=BC+CD=(AC-AB)+ =AC-AB+AB-AC-AB=-AB+AC.故选A. 角度2 向量的线性运算 例3 在△ABC中,BD=BC,若AB=a,AC=b,则AD等于( ) A.a+b B.a+b C.a-b D.a-b 答案 A 解析 如图,过点D分别作AC,AB的平行线交AB,AC于点E,F,则四边形AEDF为平行 四边形, 所以AD=AE+AF. 因为BD=BC, 所以AE=AB,AF=AC, 所以AD=AB+AC=a+b. 角度3 利用向量的线性运算求参数 例4 在△ABC中,AB=2,BC=3,∠ABC=30°,AD为BC边上的高.若AD=λAB+μAC,则 λ-μ=________. 答案 解析 如图. ∵AD为BC边上的高, ∴AD⊥BC. ∵AB=2,∠ABC=30°, ∴BD==BC, 资料整理【淘宝店铺:向阳百分百】∴AD=AB+BD=AB+BC=AB+(AC-AB)=AB+AC. 又∵AD=λAB+μAC, ∴λ=,μ=,故λ-μ=. 感悟提升 平面向量线性运算的常见类型及解题策略 (1)向量求和用平行四边形法则或三角形法则;求差用向量减法的几何意义. (2)求参数问题可以通过向量的运算将向量表示出来,进行比较,求参数的值. 考向三 共线向量定理的应用 例5 (1)(2022·绵阳二诊)已知平面向量a,b不共线,AB=4a+6b,BC=-a+3b,CD=a+ 3b,则( ) A.A,B,D三点共线 B.A,B,C三点共线 C.B,C,D三点共线 D.A,C,D三点共线 答案 D 解析 对于A,BD=BC+CD=-a+3b+(a+3b)=6b,与AB不共线,A不正确; 对于B,AB=4a+6b,BC=-a+3b,则AB与BC不共线,B不正确; 对于C,BC=-a+3b,CD=a+3b,则BC与CD不共线,C不正确; 对于D,AC=AB+BC=4a+6b+(-a+3b)=3a+9b=3CD,即AC∥CD,又线段AC与CD 有公共点C,所以A,C,D三点共线,D正确.故选D. (2)(2023·山西大学附中诊断)如图所示,已知点 G 是△ABC 的重心,过点 G 作直线分别与 AB,AC两边交于M,N两点,设xAB=AM,yAC=AN,则+的值为( ) A.3 B.4 C.5 D.6 答案 A 解析 延长AG交BC于点H(图略),则H为BC的中点, 资料整理【淘宝店铺:向阳百分百】∵G为△ABC的重心, ∴AG=AH=×(AB+AC)=(AB+AC)==AM+AN. ∵M,G,N三点共线, ∴+=1, 即+=3.故选A. 感悟提升 利用共线向量定理解题的策略 (1)a∥b a=λb(b≠0)是判断两个向量共线的主要依据.注意待定系数法和方程思想的运用. (2)当两 ⇔ 向量共线且有公共点时,才能得出三点共线,即A,B,C三点共线⇔AB,AC共线. (3)若a与b不共线且λa=μb,则λ=μ=0. (4)OA=λOB+μOC(λ,μ为实数),若A,B,C三点共线(O不在直线BC上),则λ+μ=1. 考向四 等和(高)线定理 (1)由三点共线结论推导等和(高)线定理:如图,由三点共线结论可知,若OP=λOA+μOB(λ, μ∈R),则λ+μ=1,由△OAB与△OA′B′相似,必存在一个常数 k,k∈R,使得OP′=kOP, 则OP′=kOP=kλOA+kμOB,又OP′=xOA+yOB(x,y∈R),∴x+y=k(λ+μ)=k;反之也成立. (2)平面内一组基底OA,OB及任一向量OP′,OP′=λOA+μOB(λ,μ∈R),若点P′在直线AB上 或在平行于AB的直线上,则λ+μ=k(定值);反之也成立,我们把直线AB以及与直线AB平 行的直线称为等和(高)线. 例 给定两个长度为1的平面向量OA和OB,它们的夹角为120°,如图,点C在以O为圆心的 圆弧AB上运动,若OC=xOA+yOB,其中x,y∈R,则x+y的最大值是________. 答案 2 资料整理【淘宝店铺:向阳百分百】解析 法一 由已知可设OA为x轴的正半轴,O为坐标原点,建立直角坐标系(图略). 其中A(1,0),B,C(cos θ,sin θ),. 则有OC=(cos θ,sin θ)=x(1,0)+y, 即 得x=sin θ+cos θ,y=sin θ, x+y=sin θ+cos θ+sin θ=sin θ+cos θ=2sin, 其中0≤θ≤,所以(x+y) =2, max 当且仅当θ=时取得. 法二 如图, 连接AB交OC于点D, 设OD=tOC, 由于OC=xOA+yOB, 所以OD=t(xOA+yOB). 因为D,A,B三点在同一直线上, 所以tx+ty=1,x+y=, 由于|OD|=t|OC|=t, 当OD⊥AB时t取到最小值, 当点D与点A或点B重合时t取到最大值1, 故1≤x+y≤2.故x+y的最大值为2. 法三 (等和线法)连接AB, 过C作直线l∥AB,则直线l为以OA,OB为基底的平面向量基本定理系数的等和线,显然当l 与圆弧相切于C 时,定值最大, 1 资料整理【淘宝店铺:向阳百分百】因为∠AOB=120°, 所以OC1=OA+OB, 所以x+y的最大值为2. 基础题型训练 一、单选题 1.下面给出的关系式中正确的个数是( ) ① ;② ;③ ;④ ;⑤ A.1 B.2 C.3 D.4 【答案】B 【解析】向量数乘仍是向量,故①错误;由向量数量积的运算律,有②③正确;应用数量积的运算可证明 、 不成立,故④⑤错误 【详解】①错误,正确的是 ,向量数乘结果还是向量. ②③正确,根据向量数量积运算可判断得出. ④错误, ,故 ⑤错误, 综上,正确的个数为2 故选:B 【点睛】本题考查了向量的运算性质、数量积的运算律,判断正误 2.下列结论中,正确的是( ) A.2 020 cm长的有向线段不可能表示单位向量 B.若O是直线l上的一点,单位长度已选定,则l上有且仅有两个点A,B,使得 是单位向量 C.方向为北偏西50°的向量与南偏东50°的向量不可能是平行向量 资料整理【淘宝店铺:向阳百分百】D.一人从A点向东走500米到达B点,则向量 不能表示这个人从A点到B点的位移 【答案】B 【分析】根据单位向量的定义,向量的概念及共线向量的概念,逐项判定,即可求解. 【详解】由一个单位长度取作2020 cm时,2020 cm长的有向线段就表示单位向量,故A错误; 根据单位向量的定义,在直线 上有且仅有两个点使得 为单位长度,所以B正确; 方向为北偏西50°的向量与南偏东50°的向量是平行的,所以两向量为共线向量,故C错误; 根据位移的定义,向量 表示点 到 点的位移,所以D不正确. 故选:B. 3.若 =(1,1), =2,且 ,则 与 的夹角是( ) A. B. C. D. 【答案】B 【分析】由 ,求得 ,再利用平面向量的夹角公式求解. 【详解】解:因为 , 所以 ,即 , 解得 , 所以 , 因为 , 所以 , 故选:B 4.若 是边长为1的等边三角形,G是边BC的中点,M为线段AG上任意一点,则 的取值范 围是( ) 资料整理【淘宝店铺:向阳百分百】A. B. C. D. 【答案】C 【分析】根据几何关系结合平面向量的线性运算可得 , ,设 ,利用平面向量数量积的运算律即可求解. 【详解】解:因为 为等边三角形, 是边 的中点,故 , , 又 是线段 上任意一点,故设 , 因为 ,所以 . 故 , 又 ,故 . 故选:C. 5.已知向量 , 在正方形网格中的位置如图所示,那么向量 与 的夹角为( ) 资料整理【淘宝店铺:向阳百分百】A. B. C. D. 【答案】D 【分析】根据向量的减法法则画出 ,得到一个等腰直角三角形,求其结果即可. 【详解】如图, , ,则 , 设最小的小正方形网格长度为1,则 , , 所以 , 所以三角形 是等腰直角三角形, , 向量 与 的夹角为 的补角 . 故选:D. 6.已知空间任一点 和不共线的三点 、 、 ,下列能得到 、 、 、 四点共面的是( ) A. B. C. D.以上都不对 【答案】B 【分析】先证明出若 且 ,则 、 、 、 四点共面,进而可得出合适 资料整理【淘宝店铺:向阳百分百】的选项. 【详解】设 且 , 则 , , 则 ,所以, 、 、 为共面向量,则 、 、 、 四点共面. 对于A选项, , , 、 、 、 四点不共面; 对于B选项, , , 、 、 、 四点共面; 对于C选项, , , 、 、 、 四点不共面. 故选:B. 【点睛】本题考查利用空间向量判断四点共面,考查推理能力,属于中等题. 二、多选题 7.若 是直线l上的一个单位向量,这条直线上的向量 , ,则下列说法正确的是( ) A. B. C. 与 的夹角为 D. 【答案】BC 【分析】根据条件可得 ,进而可判断ABC,然后利用向量数量积的概念可判断D. 【详解】因为 , , 所以 ,故A错误,B正确,C正确; 所以 ,故D错误. 故选:BC. 8.对于两个向量 和 ,下列命题中错误的是( ) 资料整理【淘宝店铺:向阳百分百】A.若 , 满足 ,且 与 同向,则 B. C. D. 【答案】ACD 【分析】根据向量的运算法则,以及向量的数量积的运算公式,逐项运算,即可求解. 【详解】对于A中,向量是既有大小,又有方向的量,所以向量不能比较大小,所以A不正确; 对于B中,由 , 又由 ,因为 , 所以 成立,所以B正确; 对于C中, ,所以C不正确; 对于D中, , 所以 ,所以D不正确. 故选:ACD. 三、填空题 9.若向量 , 满足 , , ,则 与 的夹角为_________. 【答案】 【分析】由向量夹角公式直接求解即可. 【详解】 , 夹角为 , 故答案为: . 资料整理【淘宝店铺:向阳百分百】10.在 中, 、 、 分别是角A、 、 的对边, , , , ,则 ___________. 【答案】 【分析】将已知向量等式两边平方,利用向量的数量积的运算法则运算化简,进而再开方求得答案. 【详解】 , , 故答案为: . 11.在 中, ,且 ,则 的最小值是___________. 【答案】 【分析】计算出 ,利用二次函数的最值问题即可解出答案. 【详解】 , 当 时, , 所以 . 故答案为: . 12.已知向量 , , ,满足 , , , ,若 ,则 的最小 值为______. 【答案】 / 【分析】令 ,进而根据向量模的不等式关系得 ,且 资料整理【淘宝店铺:向阳百分百】,再求向量的模,并结合二次函数性质即可得答案. 【详解】设 ,则 , 所以 , , 由二次函数性质可得, ,即: 所以 , 所以 的最小值为 故答案为: . 四、解答题 13.运用数量积知识证明下列几何命题: (1)在 中, ,则 ; (2)在矩形ABCD中,AC=BD. 【答案】(1)证明见解析; (2)证明见解析. 【解析】(1) 证明:由题得 , 因为 ,所以 , 所以 , 资料整理【淘宝店铺:向阳百分百】所以 . (2) 证明;因为矩形ABCD, 所以 , 同理 , 因为 , 所以 ,所以AC=BD. 14.如图所示, 中, , 边上的中线 交 于点 ,设 , 用向量 表示 . 【答案】 , ; , . 【解析】利用平行线以及三角形相似,先找出线段间的关系,再结合图象得到向量间的关系. 【详解】解析因为 ,所以 . 由 ,得 . 又 是 的底边 的中点, ,所以 , . 【点睛】本题考查向量的几何表示,三角形相似的性质,向量的加减法,体现了数形结合的数学思想.属 于基础题. 资料整理【淘宝店铺:向阳百分百】15.已知 , 且 与 的夹角为 ,又 , , (1)求 在 方向上的投影; (2)求 . 【答案】(1)1 (2) 【分析】(1)根据 在 方向上的投影为 计算即可得解; (2)根据向量的线性运算求出 ,再根据向量的模的计算公式结合数量积的运算律即可得出答案. (1) 解:因为 , 且 与 的夹角为 , 所以 在 方向上的投影为 ; (2) 解:因为 , , 所以 , 则 , 即 . 16.平面内给定三个向量 ,且 . 资料整理【淘宝店铺:向阳百分百】(1)求实数k关于n的表达式; (2)如图,在 中,G为中线OM上一点,且 ,过点G的直线与边OA,OB分别交于点P, Q( 不与 重合).设向量 ,求 的最小值. 【答案】(1) (2) 【分析】(1)由向量平行的坐标运算求解即可; (2)由向量的运算得出 ,再由 三点共线,得出 ,再由基本不等式 求最值. 【详解】(1)因为 , 所以 ,即 . (2)由(1)可知, , ,由题意可知 因为 ,所以 又 , ,所以 . 因为 三点共线,所以 . 当且仅当 时,取等号,即 时, 取最小值 . 资料整理【淘宝店铺:向阳百分百】提升题型训练 一、单选题 1.已知 是互相垂直的单位向量,若 ,则 ( ) A. B. C.0 D.2 【答案】A 【分析】利用向量数量积运算求得正确答案. 【详解】 故选:A 2.如图,四边形 中, ,则相等的向量是( ) A. 与 B. 与 C. 与 D. 与 【答案】D 【分析】判断出四边形 为平行四边形,结合平行四边形的性质以及相等向量的定义可得出合适的选 项. 【详解】因为在四边形 中, , 则四边形 为平行四边形, 故 , , , 故选:D. 3.下列命题正确的是 A. B. 资料整理【淘宝店铺:向阳百分百】C. D. 【答案】C 【详解】试题分析:由题;A. ,错误;向量的模长相等,但方向不同;B. ,错误;向量是有方向的,不能比大小;D. ,错误;向量相等,则模长相等,方向相同. 而共线则方可相反.C. ,正确;符合零向量的定义. 考点:向量的概念. 4.对于非零向量 , ,定义 .若 ,则 ( ) A. B. C. D. 【答案】B 【分析】根据定理可得 ,然后利用向量模的计算求出 ,代入即可求解. 【详解】∵ ,∴ . 由 可得 , 两式相减得 ,∴ . 故选:B. 5.设向量 , 满足 , , ,则 的取值范围是( ) 资料整理【淘宝店铺:向阳百分百】A. [ ,+∞) B. [ ,+∞) C.[ ,6] D.[ ,6] 【答案】B 【分析】由复数的数量积与模的关系将 转化为数量积,再利用数量积的定义化简求最值. 【详解】 = = = = ≥ ,当t=-1时取等号. 故选:B. 6.已知 , ,则 的最大值等于( ) A.4 B. C. D.5 【答案】C 【分析】利用基本不等式得到 ,然后利用平面向量数量积运算求解. 【详解】因为 , , 所以 , 当且仅当 ,即 时取等号, 故选:C 【点睛】本题主要考查平面向量的数量积运算以及基本不等式的应用,属于中档题. 二、多选题 7.有如下命题,其中真命题为( ) A.若幂函数 的图象过点 ,则 B.函数 ( 且 )的图象恒过定点 资料整理【淘宝店铺:向阳百分百】C.函数 在 上单调递减 D.已知向量 与 的夹角为 ,且 , ,则 在 方向上的投影向量是 . 【答案】BD 【分析】A 选项,根据幂函数经过的点,求出解析式,即可判断;B选项,根据指数函数恒过定点 即 可得到;C选项,根据二次函数的单调性可以判断;D选项,由投影向量知识可算得. 【详解】对A选项,设幂函数的解析式为 ,因为幂函数的图像经过点 ,即 ,解得 ,则 , ,故A选项错误; 对B选项,函数 的图象恒过定点 ,故B选项正确; 对C选项,函数 在 上单调递增,故C选项错误; 对D选项, 在 方向上的投影向量 ,故D选项正确. 故选:BD. 8.下列命题中假命题的是( ) A.向量 与向量 共线,则存在实数 使 B. , 为单位向量,其夹角为θ,若 ,则 C.若 ,则 D.已知 与 是互相垂直的单位向量,若向量 与 的夹角为锐角,则实数k的取值范围是 . 【答案】ACD 【分析】A.根据共线向量定理进行分析判断即可;B.将 左右同时平方,由此求解出 的取值范 资料整理【淘宝店铺:向阳百分百】围,则 范围可求;C.考虑零向量存在的情况;D.根据 ,同时注意排除两向量同向时 的情况. 【详解】A.根据共线向量定理可知,此时 ,故错误; B.因为 ,所以 ,所以 ,所以 , 又因为 ,所以 ,故正确; C.当 中有零向量时,此时 ,因为零向量方向是任意的,所以 不一定满足,故错误; D.因为向量 与 的夹角为锐角,所以 , 所以 ,即 ,且 与 不同向, 当向量 与 共线时,设 ,所以 ,所以 , 显然 时, 与 同向, 综上可知, 的取值范围是 ,故错误; 故选:ACD. 三、填空题 9.下列向量中, 与 一定共线的有_______.(填序号) ① , ; ② ; ; ③ , ; ④ , . 【答案】①②③ 资料整理【淘宝店铺:向阳百分百】【解析】根据平面向量共线定理判断即可. 【详解】①中, ; ②中, ; ③中, ; ④中,当 不共线时, . 故答案为:①②③. 【点睛】本题考查平面向量共线定理,属于基础题. 10.已知向量 ,满足 , ,且 ,则 与 的夹角 为______. 【答案】 【分析】根据向量垂直,数量积为零,再由数量积的定义可求. 【详解】 , , 即 , , , , , 又 , . 故答案为: . 【点睛】本题考查向量的数量积的定义,两个向量垂直的性质,属于基础题. 11.已知向量 与 的夹角是 ,且 ,则向量 与 的夹角是_____. 【答案】 【解析】首先根据 ,求得 ,由此利用夹角公式计算出向量 与 的夹角的余弦值, 资料整理【淘宝店铺:向阳百分百】由此求得向量 与 的夹角. 【详解】由 两边平方并化简得 ,即 ,即 .所以 ,由于 ,所 以 . 故答案为: 【点睛】本小题主要考查向量模、数量积的运算,考查向量夹角公式,考查运算求解能力,属于中档题. 12.已知平行四边形ABCD中,对角线AC,BD相交于点O,已知 ,则 __. 【答案】 【分析】利用向量的三角形法则和共线向量定理即可得出. 【详解】由向量的三角形法则可得: ∴ 故答案为 【点睛】熟练掌握向量的三角形法则和共线向量定理是解题的关键. 四、解答题 13.如图,网格小正方形的边长均为1,求 . 资料整理【淘宝店铺:向阳百分百】【答案】 . 【分析】根据向量加法的三角形法则即可得出结果. 【详解】解:如图,作 , , ,则根据向量加法的三角形法则可得 , 即 . 14.如图,按下列要求作答. (1)以A为始点,作出 ; (2)以B为始点,作出 ; (3)若 为单位向量,求 、 和 . 【答案】(1)作图见解析 (2)作图见解析 (3) , , 【分析】(1)根据向量加法的平行四边形法则即可作出 ;(2)先将共线向量 计算出结果再作 出 ;(3)根据 利用勾股定理即可计算出各向量的模长. 资料整理【淘宝店铺:向阳百分百】【详解】(1)将 的起点同时平移到A点,利用平行四边形法则作出 ,如下图所示: (2)先将共线向量 的起点同时平移到B点,计算出 ,再将向量 与之首尾相接,利用三角形法则即 可作出 ,如下图所示: (3)由 是单位向量可知 ,根据作出的向量利用勾股定理可知, ; 由共线向量的加法运算可知 ; 利用图示的向量和勾股定理可知, . 15.已知 , , . (1)求向量 与 的夹角 ; (2)求 【答案】(1) ;(2) . 资料整理【淘宝店铺:向阳百分百】【分析】(1)根据向量的运算性质化简求出 ,利用向量夹角公式求解即可; (2)根据向量的运算法则先计算 ,即可求解. 【详解】 , , 即 . , , ; , 又 , ; , . 16.如图,设Ox,Oy是平面内相交成 角的两条数轴, 、 分别是x轴,y轴正方向同向的单位向量, 若向量 ,则把有序数对 叫做向量 在坐标系xOy中的坐标,假设 . 资料整理【淘宝店铺:向阳百分百】(1)计算 的大小; (2)是否存在实数n,使得 与向量 垂直,若存在,求出n的值,若不存在请说明理由. 【答案】(1) (2)存在, 【分析】(1)根据题意结合平面向量的数量积及模长运算求解; (2)根据题意可得 ,结合垂直关系运算求解. 【详解】(1)由题意可得: , 故 . (2)存在, 由(1)可得: 若向量 ,即 , ∵ 与向量 垂直, 则 , 解得 . 资料整理【淘宝店铺:向阳百分百】