平面向量:既有大小又有方向的数
平面向量的概念
向量是既有大小又有方向的量(本文用 表示向量 )。与之相对,只有大小没有方向的量叫标量(如质量、温度)。位移、速度、力都是向量。
向量用带箭头的有向线段表示,线段的长度表示向量的大小,箭头的指向表示方向。向量的模(大小)记作 或 。几个特殊向量是概念题的常客:
- 零向量:模为 ,记 ,方向任意;
- 单位向量:模为 的向量,与 同向的单位向量记 ;
- 相等向量:方向相同且模相等(与起点位置无关,可自由平移);
- 相反向量:与 方向相反、模相等的向量,记 ;
- 平行向量(共线向量):方向相同或相反的非零向量,规定零向量与任何向量平行。
易错点:① 向量不能比较大小,只有模能比较;② 相等向量必共线,共线向量不一定相等;③ 单位向量有无数个(方向各不相同),说“单位向量”必须指明方向;④ 零向量方向任意,是“与任何向量平行”这句话成立的前提。
向量的线性运算
加法与减法
三角形法则: 把 的起点放在 的终点,从 起点指向 终点。“首尾相连,连首尾”。
平行四边形法则:两个向量同起点作平行四边形,对角线就是和向量。三角形法则更通用,平行四边形法则只用于不共线的两个向量。
减法:,作图口诀“共起点、连终点、指向被减”。
向量加法的模满足三角不等式:
(等号在共线同向 / 反向时取到——判断“何时取等”是小题常考点。)
数乘向量与共线定理
实数 与向量 的数乘 :模变为 ; 同向、 反向、 得零向量。数乘满足结合律与分配律(与实数乘法形式一致,可放心“脱括号”)。
共线定理(向量平行与数乘的桥梁):对非零向量 , 当且仅当存在唯一实数 ,使
三点共线的判定:、、 共线 存在 使 (或 )。后者是“定比分点”与向量中点的统一写法: 为 中点时 。
平面向量的数量积
定义
两个非零向量 、 的夹角为 (),数量积定义为:
结果是一个数(标量),不是向量。 叫 在 方向上的投影——“力做功 “就是数量积的物理原型。
数量积的核心结论要背熟:
- (求模的钥匙:);
- (含零向量的约定情形);
- (柯西不等式的向量形式,等号当且仅当共线)。
运算律:交换律、数乘结合律、分配律都成立,但消去律不成立—— 推不出 (只能得到 )。数量积不满足结合律: 无意义,因为点乘结果是数,不能再与向量点乘。
平面向量基本定理与坐标表示
基本定理
如果 、 是同一平面内两个不共线向量,那么该平面内任一向量 都可以唯一表示为:
、 叫基底,、 是 在基底下的坐标。把基底取成互相垂直的单位向量 、(正交基底),就得到直角坐标表示 ——向量的坐标即终点坐标减起点坐标。
坐标运算总表
| 运算 | 坐标形式(,) |
| 加法 | |
| 减法 | |
| 数乘 | |
| 模 | |
| 数量积 | |
| 平行 | (交叉相乘相等) |
| 垂直 | |
| 夹角 |
口诀:平行看“叉积为零”(),垂直看“点积为零”。别记反!两条式子长得像,但差一个“叉/点”。
坐标运算把几何问题变成纯代数问题:证明垂直就证点积为 ,求夹角就套余弦公式,求模就开根号——建系是向量大题的第一动作。
中点与距离
已知 、,中点 坐标为 ,两点间距离 ——它就是模公式穿上坐标的外衣。
向量的应用:几何问题的代数化
- 证平行:证对应向量共线(叉积为零);
- 证垂直:证对应向量点积为零;
- 证三点共线:构造两个有公共起点的向量,证共线;
- 求夹角与最值:夹角用余弦公式,最值常用 把“模”化为“点积”再配方,或直接上三角不等式与柯西不等式。
例题感:, 时求 的最小值——两边平方得 ,配方即得最小值 ( 取到)。平方化模、点积展开是处理含参向量模的标准动作。