資源簡(jiǎn)介 第一階段 突破核心 升華思維 專(zhuān)題一 三角函數(shù)與解三角形 培優(yōu)課1 平面向量數(shù)量積的最值與范圍問(wèn)題 平面向量中的最值與范圍是高考的熱點(diǎn)與難點(diǎn)問(wèn)題,主要考查向量的模、數(shù)量積、夾角及向量的系數(shù)等的最值、范圍.解決這類(lèi)問(wèn)題的常用思路有兩種:一是建立求解目標(biāo)的函數(shù)關(guān)系,通過(guò)函數(shù)的值域解決問(wèn)題;二是借助平面向量“數(shù)”與“形”的雙重身份,數(shù)形結(jié)合解決,轉(zhuǎn)化中注意極化恒等式的應(yīng)用. 類(lèi)型3 求向量數(shù)量積的最值(范圍) 類(lèi)型1 向量系數(shù)的最值、范圍 (一) 類(lèi)型2 求向量模、夾角的最值(范圍) (二) (三) 培優(yōu)專(zhuān)練1 平面向量數(shù)量積的最值與范圍問(wèn)題 (四) 類(lèi)型1 向量系數(shù)的最值、范圍 【典例1】 (1)(2024·河北滄州模擬)如圖,在△ABC中,D是BC的中點(diǎn),G是AD的中點(diǎn),過(guò)點(diǎn)G作直線分別交AB,AC于點(diǎn)M,N,且????????=x????????,????????=y(tǒng)????????,則1????+1????的最小值為( ) A.1 B.2 C.4 D.2 (2)設(shè)非零向量a,b的夾角為θ,若|a|=2|b|=2,且不 等式|2a+b|≥|a+λb|對(duì)任意的θ恒成立,則實(shí)數(shù)λ的取值范圍為( ) A.[-1,3] B.[-1,5] C.[-7,3] D.[5,7] ? √ √ (1)A (2)A [(1)因?yàn)镚是AD的中點(diǎn),且????????=x????????,????????=y(tǒng)????????, 所以????????=12×12(????????+????????)=14(x????????+y????????). 因?yàn)镸,G,N三點(diǎn)共線,所以14(x+y)=1, 所以1????+1????=14(x+y)·1????+1????=142+????????+????????≥142+2????????·????????=1, 當(dāng)且僅當(dāng)x=y(tǒng)=2時(shí),等號(hào)成立.故選A. ? (2)∵非零向量a,b的夾角為θ,若|a|=2|b|=2, ∴|a|=2,|b|=1, a·b=2×1×cos θ=2cos θ, ∵不等式|2a+b|≥|a+λb|對(duì)任意的θ恒成立, ∴(2a+b)2≥(a+λb)2, ∴4a2+4a·b+b2≥a2+2λa·b+λ2b2, 整理可得13-λ2+(8-4λ)cos θ≥0恒成立, ∵cos θ∈[-1,1], ∴13?????2+8?4????≥0,13?????2?8+4????≥0,解得-1≤λ≤3.] ? 利用共線向量定理及推論 (1)a∥b?a=λb(b≠0). (2)????????=λ????????+μ????????(λ,μ為實(shí)數(shù)),則A,B,C三點(diǎn)共線?λ+μ=1. ? [跟進(jìn)訓(xùn)練] 1.(1)(2024·廣東深圳一模)設(shè)點(diǎn)A(-2,0),B?12,0,C(0,1),若動(dòng)點(diǎn)P滿足|????????|=2|????????|,且????????=λ????????+μ????????,則λ+2μ的最大值為_(kāi)_______. (2)如圖,點(diǎn)C在半徑為1,圓心角為2π3的扇形OAB的????????上運(yùn)動(dòng).已知????????=x????????+y????????,則當(dāng)∠AOC=π6時(shí),x+y=_______; x+y的最大值為_(kāi)_______. ? 22+43 ? 3 ? 2 (1)22+43 (2)3 2 [(1)設(shè)P(x,y),則????????=(-2-x,-y),????????=?12?????,?????, 由|????????|=2|????????|,得?2?????2+?????2=2?12?????2+?????2, 整理,得x2+y2=1, 又????????=(x+2,y),????????=32,0,????????=(2,1), 代入????????=λ????????+μ????????,得????+2=32????+2????,????=????,????????????????????? 有x+y+2=32λ+3μ=32(λ+2μ),所以λ+2μ=23(x+y+2), ? 由1=x2+y2≥2xy,得xy≤12, 所以(x+y)2=x2+2xy+y2≤1+1=2, 得x+y≤2, 當(dāng)且僅當(dāng)x=y(tǒng)=22時(shí)等號(hào)成立, 所以λ+2μ=23(x+y+2)≤23(2+2)=22+43. 即λ+2μ的最大值為22+43. ? (2)以O(shè)為坐標(biāo)原點(diǎn),OA所在直線為x軸,過(guò)點(diǎn)O作OA的垂線所在直線為y軸,建立如圖所示的平面直角坐標(biāo)系, 則A(1,0),B?12,32,????????=(1,0),????????=?12,32, 當(dāng)∠AOC=π6時(shí),C32,12, 則????????=32,12,由????????=x????????+y????????, 得32,12=x(1,0)+y?12,32, ? 即32=?????12????,12=32????,???????解得????=233,????=33,? 故x+y=3. 設(shè)∠AOC=α0≤????≤2π3, 則????????=(cos α,sin α), 由????????=x????????+y????????, 得(cos α,sin α)=x(1,0)+y?12,32, ? 即cos????=?????12????,sin????=32????,??????解得????=cos????+33sin????,????=233sin????,????????????? 故x+y=cos α+3sin α=2sin ????+π6, 由于0≤α≤2π3,故當(dāng)α=π3時(shí),2sin ????+π6取最大值為2,即x+y的最大值為2. ? 類(lèi)型2 求向量模、夾角的最值(范圍) 【典例2】 (1)已知e為單位向量,向量a滿足(a-e)·(a-5e)=0,則|a+e|的最大值為( ) A.4 B.5 C.6 D.7 (2)(2024·河北石家莊二模)在平行四邊形ABCD中,????????????????+3????????????????=????????????????????,λ∈[7,3],則cos ∠BAD的取值范圍是( ) A.?12,?16 B.?12,13 C.?23,13 D.?23,?16 ? √ √ (1)C (2)A [(1)可設(shè)e=(1,0),a=(x,y), 則(a-e)·(a-5e)=(x-1,y)·(x-5,y) =x2-6x+5+y2=0, 即(x-3)2+y2=4, 則1≤x≤5,-2≤y≤2, |a+e|=????+12+????2=8?????4, 當(dāng)x=5時(shí),8?????4取得最大值6, 即|a+e|的最大值為6. ? (2)設(shè)與????????同方向的單位向量????????????????=????1,與????????同方向的單位向量????????????????=????2,與????????同方向的單位向量????????????????=????3,由題意,得????1+3e2=λe3, 所以(????1+3e2)2=????2????32,即????12+6????1·????2+9????22=????2????32, 所以1+6×1×1×cos ∠BAD+9=λ2, 所以cos ∠BAD=????2?106, 因?yàn)棣恕蔥7,3],所以λ2∈[7,9], 所以????2?106∈?12,?16,即cos ∠BAD∈?12,?16.故選A.] ? 1.求模的范圍或最值的常見(jiàn)方法 (1)通過(guò)|a|2=a2轉(zhuǎn)化為實(shí)數(shù)問(wèn)題; (2)數(shù)形結(jié)合; (3)坐標(biāo)法. 2.求向量夾角的取值范圍、最值,往往要將夾角與其某個(gè)三角函數(shù)值用某個(gè)變量表示,轉(zhuǎn)化為求函數(shù)的最值問(wèn)題,要注意變量之間的關(guān)系. [跟進(jìn)訓(xùn)練] 2.(1)(2024·河北保定期末)若|a|=2,|a-b|=1,則|b|的最大值為 ( ) A.3 B.5 C.32 D.25 (2)若平面向量a,b,c滿足|c|=2,a·c=2,b·c=6,a·b=2,則a,b夾角的取值范圍是________. ? π3,π2 ? √ (1)A (2)π3,π2 [(1)法一:設(shè)a與a-b的夾角為θ.因?yàn)閨b|=|(a-b)-a|, 得|b|2=|(a-b)-a|2=(a-b)2-2(a-b)·a+a2=|a-b|2-2|a-b|·|a|cos θ+|a|2 =1-4cos θ+4=5-4cos θ, 當(dāng)cos θ=-1時(shí),|b|2有最大值9,|b|的最大值為3.故選A. 法二:因?yàn)閨a|=2,如圖設(shè)a=????????,b=????????, 由|a-b|=1知點(diǎn)B在以A為圓心1為半徑的圓上, 當(dāng)點(diǎn)B與O,A在一條直線,位于圖中B′位置時(shí), |b|的最大值為3.故選A. ? (2)設(shè)c=(2,0),a=(x1,y1),b=(x2,y2), a與b的夾角為θ, 則a·c=2x1=2?x1=1, b·c=2x2=6?x2=3, ∴a=(1,y1),b=(3,y2), a·b=3+y1y2=2?y1y2=-1?y2=-1????1, ? ∴cos θ=????·????????????=21+????12·9+1????12=210+9????12+1????12≤210+29????12·1????12=12, 當(dāng)且僅當(dāng)y1=±33時(shí),等號(hào)成立, 顯然cos θ>0,即0<cos θ≤12, ∵0≤θ≤π,∴π3≤θ<π2, 因此,a,b夾角的取值范圍是π3,π2.] ? 類(lèi)型3 求向量數(shù)量積的最值(范圍) 【典例3】 (1)(2024·寧夏一模)窗花是貼在窗戶上的剪紙,是中國(guó)古老的傳統(tǒng)民間藝術(shù)之一,圖1是一個(gè)正八邊形窗花隔斷,圖2是從窗花圖中抽象出的幾何圖形的示意圖.如圖2,若正八邊形ABCDEFGH的邊長(zhǎng)為2,P是正八邊形ABCDEFGH八條邊上的動(dòng)點(diǎn),則????????·????????的最小值為( ) A.2 B.0 C.-22 D.-42 ? √ (2)(2024·遼寧撫順三模)太極圖被稱為“中華第一圖”,其形狀如陰陽(yáng)兩魚(yú)互抱在一起,因而又被稱為“陰陽(yáng)魚(yú)太極圖”.如圖所示的圖形是由半徑為2的大圓O和兩個(gè)對(duì)稱的半圓弧組成的,線段MN過(guò)點(diǎn)O且兩端點(diǎn)M,N分別在兩個(gè)半圓弧上,P是大圓上一動(dòng)點(diǎn),則????????·????????的最小值為_(kāi)_______. ? 0 (1)C (2)0 [(1)法一:(坐標(biāo)法)設(shè)〈????????,????????〉=θ, 當(dāng)P與A重合時(shí),????????·????????=0; 當(dāng)P在線段AB(除A)、線段BC、線段CD、線段DE、線段EF(除F)點(diǎn)上運(yùn)動(dòng)時(shí), 0≤θ<π2,cos θ>0,所以????????·????????=|????????|·|????????|·cos θ>0, 當(dāng)P與F重合時(shí),θ=π2,所以????????·????????=|????????|·|????????|·cos θ=0. ? 以A為原點(diǎn),AB所在直線,AF所在直線分別為x,y軸建立平面直角坐標(biāo)系,根據(jù)正八邊形的性質(zhì)可知AF=2+2×sinπ4×2=2+22,則F(0,2+22),G(-2,2+2),H(-2,2),B(2,0), 直線GF的方程為y=x+2+22,直線GH的方程為 x=-2,直線AH的方程為y=-x, 當(dāng)P在線段GF(除F)上運(yùn)動(dòng)時(shí),設(shè)P(x,x+2+22)(-2≤x<0), 所以????????·????????=(x,x+2+22)·(2,0)=2x∈[-22,0), ? 當(dāng)P在線段GH上運(yùn)動(dòng)時(shí),設(shè)P(-2,t)(2≤t≤2+2), 所以????????·????????=(-2,t)·(2,0)=-22, 當(dāng)P在線段AH(除A)上運(yùn)動(dòng)時(shí),設(shè)P(x,-x)(-2≤x<0), 所以????????·????????=(x,-x)·(2,0)=2x∈[-22,0). 綜上所述,????????·????????的最小值為-22.故選C. ? 法二:(數(shù)量積的幾何意義)設(shè)〈????????,????????〉=θ, 則????????·????????=|????????|·|????????|cos θ,結(jié)合數(shù)量積的幾何意義可知,當(dāng)點(diǎn)P在GH上運(yùn)動(dòng)時(shí), |????????|cos θ最小,所以????????·????????的最小值為2×2×?22=-22. (2)連接PO,可得????????·????????=(????????+????????)·(?????????????????) =????????2-????????2=4-????????2, 顯然當(dāng)????????2最大,即|????????|取得最大值2時(shí),????????·????????取得最小值0.] ? 向量數(shù)量積最值(范圍)問(wèn)題的解題策略 (1)形化:利用平面向量的幾何意義將問(wèn)題轉(zhuǎn)化為平面幾何中的最值或范圍問(wèn)題,然后根據(jù)平面圖形的特征直接進(jìn)行判斷. (2)數(shù)化:利用平面向量的坐標(biāo)運(yùn)算,把問(wèn)題轉(zhuǎn)化為代數(shù)中的函數(shù)最值與值域、不等式的解集或方程有解等問(wèn)題,然后利用函數(shù)、不等式或方程的有關(guān)知識(shí)來(lái)解決. (3)轉(zhuǎn)化:利用向量的極化恒等式可以對(duì)數(shù)量積進(jìn)行轉(zhuǎn)化,體現(xiàn)了向量的幾何屬性,特別適合于以三角形為載體,含有線段中點(diǎn)的向量問(wèn)題. [跟進(jìn)訓(xùn)練] 3.(1)(2024·北京朝陽(yáng)一模)在△ABC中,AB=AC=2,BC=23,點(diǎn)P在線段BC上.當(dāng)????????·????????取得最小值時(shí),PA=( ) A.32 B.72 C.34 D.74 (2)如圖所示,△ABC是邊長(zhǎng)為8的等邊三角形,點(diǎn)P為 AC邊上的一個(gè)動(dòng)點(diǎn),長(zhǎng)度為6的線段EF的中點(diǎn)為B, 則????????·????????的取值范圍是_____________. ? √ [39,55] (1)B (2)[39,55] [(1)如圖,以BC所在直線為x軸,以BC的垂直平分線為y軸,建立平面直角坐標(biāo)系, 由AB=AC=2,BC=23,則OA=22?32=1, 所以A(0,1),B(-3,0),C(3,0), 設(shè)P(x,0),-3≤x≤3,則????????=(-x,1),????????=(-3-x,0), 則????????·????????=-x·(-3-x)=x2+3x=????+322-34, 當(dāng)x=-32時(shí),????????·????????取得最小值,此時(shí)????????=32,1, PA=322+1=72.故選B. ? (2)由向量極化恒等式知 ????????·????????=(????????+????????)·(?????????????????)=|????????|2-|????????|2=|????????|2-9. 又△ABC是邊長(zhǎng)為8的等邊三角形, 所以當(dāng)點(diǎn)P位于點(diǎn)A或點(diǎn)C時(shí),|????????|取最大值8. 當(dāng)點(diǎn)P位于AC的中點(diǎn)時(shí),|????????|取最小值, 即|????????|min=8sin π3=43, 所以|????????|的取值范圍為[43,8], 所以????????·????????的取值范圍為[39,55].] ? 1.(2024·湖北黃岡二模)已知e為單位向量,向量a滿足a·e=3,|λe-a|=1,則|a|的最大值為( ) A.9 B.3 C.10 D.10 ? 題號(hào) 1 3 5 2 4 6 7 √ 培優(yōu)專(zhuān)練1 平面向量數(shù)量積的最值與范圍問(wèn)題 C [根據(jù)條件得(a-λe)2=|a|2+λ2-2a·eλ=λ2-6λ+|a|2=1, 得到|a|2=-(λ2-6λ-1)=-(λ-3)2+10≤10, 所以|a|≤10,即|a|的最大值為10.故選C.] ? 2.設(shè)向量????????=(1,-2),????????=(a,-1),????????=(-b,0),其中O為坐標(biāo)原點(diǎn),a>0,b>0,若A,B,C三點(diǎn)共線,則1????+2????的最小值為 ( ) A.4 B.6 C.8 D.9 ? 題號(hào) 1 3 5 2 4 6 7 √ C [由題意得,????????=?????????????????=(a-1,1), ????????=?????????????????=(-b-1,2), ∵A,B,C三點(diǎn)共線,∴????????=λ????????且λ∈R, 則?????1=?????????+1,1=2????,??????????????????????? 可得2a+b=1, ∴1????+2????=1????+2????(2a+b)=4+????????+4????????≥4+2????????·4????????=8, 當(dāng)且僅當(dāng)b=2a=12時(shí),等號(hào)成立, ∴1????+2????的最小值為8.故選C.] ? 題號(hào) 1 3 5 2 4 6 7 3.(2024·湖北武漢四調(diào))點(diǎn)P是邊長(zhǎng)為1的正六邊形ABCDEF邊上的動(dòng)點(diǎn),則????????·????????的最大值為( ) A.2 B.114 C.3 D.134 ? 題號(hào) 1 3 5 2 4 6 7 √ C [如圖,分別取AB,DE的中點(diǎn)Q,R,連接PQ,QR, 則由題知,QA=12,BD2=DC2+BC2-2DC×BC×cos ∠BCD=1+1-2×1×1×cos 120°=3,即BD=3, 所以QD=????????2+????????2=14+3=134=132, 由圖可知當(dāng)P運(yùn)動(dòng)到D或E時(shí)PQ最大, 所以????????·????????=(????????+????????)·(????????+????????)=(????????+????????)·(?????????????????) =????????2-????????2=????????2-14≤????????2-14=3, 所以????????·????????的最大值為3.故選C.] ? 題號(hào) 1 3 5 2 4 6 7 4.已知單位向量a,b,若對(duì)任意實(shí)數(shù)x,|xa+b|≥32恒成立,則向量a,b的夾角的取值范圍為( ) A.π4,3π4 ?B.π3,2π3 C.π4,π2 ??? D.π3,π2 ? 題號(hào) 1 3 5 2 4 6 7 √ B [a,b是單位向量,由|xa+b|≥32得 (xa+b)2≥34?x2+2(a·b)x+14≥0, 依題意,不等式x2+2(a·b)x+14≥0對(duì)任意實(shí)數(shù)x恒成立,則Δ=4(a·b)2-1≤0,解得-12≤a·b≤12, 而cos 〈a,b〉=????·????????????=a·b,則-12≤cos 〈a,b〉≤12, 又0≤〈a,b〉≤π,函數(shù)y=cos x在[0,π]上單調(diào)遞減,因此π3≤〈a,b〉≤2π3, 所以向量a,b的夾角的取值范圍為π3,2π3.故選B.] ? 題號(hào) 1 3 5 2 4 6 7 5.如圖,邊長(zhǎng)為2的等邊三角形ABC的外接圓為圓O,P為圓O上任一點(diǎn).若????????=x????????+y????????,則2x+2y的最大值為( ) A.83 B.2 C.43 D.1 ? 題號(hào) 1 3 5 2 4 6 7 √ A [法一:(坐標(biāo)法)以點(diǎn)O為坐標(biāo)原點(diǎn),過(guò)點(diǎn)O平行于AB的直線為x軸建立如圖所示的平面直角坐標(biāo)系, 由已知可得A?1,?33,B1,?33,C0,233, 點(diǎn)P在以點(diǎn)O為圓心,233為半徑的圓上, 所以可設(shè)P233cos????,233sin????,0≤θ<2π, ? 題號(hào) 1 3 5 2 4 6 7 則????????=233cos????+1,233sin????+33,????????=(2,0),????????=(1,3),由????????=x????????+y????????,可得2x+y=233cos θ+1,3y=233sin θ+33, ∴2x+2y=233cos θ+1+23sin θ+13=43sin ????+π3+43,∵0≤θ<2π,∴π3≤θ+π3<7π3, ∴當(dāng)θ=π6時(shí),2x+2y的最大值為83.故選A. ? 題號(hào) 1 3 5 2 4 6 7 法二:(等和線法)如圖,作BC的平行線與圓相交于點(diǎn)P,與直線AB相交于點(diǎn)E,與直線AC相交于點(diǎn)F, 設(shè)????????=λ????????+μ????????,則λ+μ=1. 因?yàn)锽C∥EF,所以設(shè)????????????????=????????????????=k,則k∈0,43, 所以????????=k????????,????????=k????????,????????=λ????????+μ???????? =λk????????+μk????????,所以x=λk,y=μk, 所以2x+2y=2(λ+μ)k=2k∈0,83.故選A.] ? 題號(hào) 1 3 5 2 4 6 7 6.(多選)(2024·山東濰坊二模)已知向量a,b,c為平面向量,|a|=1,|b|=2,a·b=0,|c-a|=12,則下列說(shuō)法中正確的是( ) A.1≤|c|≤32 B.(c-a)·(c-b)的最大值為1+254 C.-1≤b·c≤1 D.若c=λa+μb,則λ+μ的最小值為1-54 ? 題號(hào) 1 3 5 2 4 6 7 √ √ √ BCD [對(duì)于A,設(shè)a=(1,0),b=(0,2),c=(x,y),根據(jù)|c-a|=12有?????12+????2=12, 即(x-1)2+y2=14,是圓心為(1,0),半徑為12的圓,又|c|=????2+????2的幾何意義為原點(diǎn)到圓(x-1)2+y2=14上點(diǎn)(x,y)的距離,則12≤|c|≤32,故A錯(cuò)誤; 對(duì)于B,(c-a)·(c-b)=(x-1)x+y(y-2)=x2-x+y2-2y=?????122+(y-1)2-54,則轉(zhuǎn)化為求圓(x-1)2+y2=14上的點(diǎn)到12,1的距離最大值, 為1?122+12+122-54=52+122-54=1+254,故B正確; ? 題號(hào) 1 3 5 2 4 6 7 對(duì)于C,b·c=2y,因?yàn)椋?2≤y≤12,故-1≤b·c≤1,故C正確; 對(duì)于D,因?yàn)?x-1)2+y2=14,故x=cos????2+1,y=sin????2, 又因?yàn)閏=λa+μb,故λ=x,μ=????2, λ+μ=cos????2+1+sin????4=54255cos????+55sin????+1 =54sin (θ+φ)+1(其中tan φ=2), 故當(dāng)sin (θ+φ)=-1時(shí),λ+μ取最小值1-54,故D正確.故選BCD.] ? 題號(hào) 1 3 5 2 4 6 7 7.(2024·湖南長(zhǎng)沙模擬)已知正三角形ABC的邊長(zhǎng)為2,點(diǎn)P為△ABC所在平面內(nèi)的動(dòng)點(diǎn),且PC=1,則????????·????????的取值范圍為_(kāi)____________________________. ? 題號(hào) 1 3 5 2 4 6 7 [3-23,3+23] ? [3-23,3+23] [由已知,點(diǎn)P的軌跡是以C為圓心,1為半徑的圓.取線段AB的中點(diǎn)M, 則????????·????????=(????????+????????)·(????????+????????)=?????????12????????·????????+12????????=|????????|2-14|????????|2=|????????|2-1, 又因?yàn)閨PM|∈[|CM|-1,|CM|+1],|CM|=3, 所以|PM|∈[3-1,3+1], 則????????·????????∈[3-23,3+23]. ? 題號(hào) 1 3 5 2 4 6 7 THANK YOU 展開(kāi)更多...... 收起↑ 資源預(yù)覽 縮略圖、資源來(lái)源于二一教育資源庫(kù)