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平面向量部分概念多、公式多、运算法则多,向量的运算与实数的运算既有相同之处,也有其自身的特点,在学习过程中一定要注意向量的特征,抓住向量的本质.稍不注意,就容易出错.老师在教学实践中发现,同学们在向量学习中存在概念不清、错误类比、以偏概全、对公式(性质)记忆混淆等所导致的错误,希望引起大家的重视.
一、对概念理解不清而致错
例1给出下列说法:①若AB=DC,则A、B、C、D是平行四边形的四个顶点;②若AB,CD满足|AB|>|CD|,且AB与CD同向,则AB>CD;③若a=b,b=c,则a=c;④若a∥b,b∥c,则a∥c;⑤在△ABC中,若AB·BC>0,则△ABC是钝角三角形.正确的序号是.
错解:∵AB=DC,∴AB
瘙 綊 DC.
∴四边形ABCD为平行四边形,故①对;
又∵|AB|>|CD|,∴AB>CD,故②对;
根据平行的传递性知④对.
因此,正确的序号是①②④.
剖析:①判断错误是由于未能正确理解向量相等的概念,因为AB=DC时,A,B,C,D四点可能在同一条直线上;②判断错误是因为向量是既有大小又有方向的量,两个向量不能比较大小;④判断错误是因为b=0时,a与c不一定平行.
正解:两个向量相等,必须同向且等长,故③正确;AB·BC>0,则AB与BC的夹角为B的补角是锐角,所以B是钝角,故⑤正确.
故填③⑤.
特别提醒:要正确解答有关向量的辨析题,必须准确理解向量的有关概念及相关的运算法则,并注意区分与实数概念、运算法则的不同.
二、忽视向量共线时的特殊情况
例2已知向量a、b、c在同一平面内两两所成的角相等,并且|a|=1,|b|=2,|c|=3,求向量a+b+c的模.
错解:由已知可知a、b、c都为非零向量.又它们两两所成的角相等,故所成的角为120°,而(a+b+c)2=12+22+32+2×1×2cos120°+2×1×3cos120°+2×2×3cos120°=3,所以|a+b+c|=3.
剖析:向量a、b、c在同一平面内两两所成的角相等,有两种情况,即成120°的角或成0°的角,所以上述解答忽视了a、b、c共线同向的情况,所以要分类讨论.
正解:①当a、b、c不共线时,解答同上.
②当a、b、c共线同向时,即a、b、c两两所成的角为0°时,|a+b+c|=|a|+|b|+|c|=1+2+3=6.
综上所述向量a+b+c的模为3或6.
特别提醒:共线向量不一定是相等向量,而相等向量一定是共线向量.规定:0向量与任意向量平行.
三、不考虑向量夹角的范围及相应两个向量的方向而致错
例3已知a=(k,6),b=(3,2),设a与b的夹角为θ,要使θ为锐角,求k的取值范围.
错解:∵θ为锐角,
∴cosθ>0,
∴a·b=|a||b|cosθ>0,
得3k+6·2>0,即k>-4.
剖析:本题误以为两非零向量a与b的夹角为锐角的充要条件是a·b>0.事实上,两向量的夹角θ∈[0,π],当θ=0时,有cosθ=1>0,对于非零向量a与b仍有a·b>0.
正解:由θ为锐角,得cosθ>0且cosθ≠1,
∴a·b=|a||b|cosθ>0,
得3k+6·2>0,即k>一4.
若a平行b则2k-6·3=0,
即k=9,此时cosθ=1,与θ为锐角相矛盾,
∴k≠9.
综上,k>-4且k≠9.
特别提醒:要正确解答向量夹角问题,需注意三个方面:(1)明确向量夹角与其余弦值的符号关系;(2)把握两个向量的方向;(3)明确向量夹角的范围.
四、混淆向量的数量积与实数乘法而致错
例4已知a,b都是非零向量,且向量a+3b与7a-5b垂直,向量a-4b与7a-2b垂直,求向量a与b的夹角.
错解:由题意得(a+3b)·(7a-5b)=0,(a-4b)·(7a-2b)=0,
即7a2+16a·b-15b2=0,7a2-30a·b+8b2=0,
两式相减得46a·b-23b2=0,移项后两边再同时除以b,得2a=b.
则a与b同向,故向量a与b的夹角为0.
剖析:本题误用实数的运算性质(等式两边同时除以一个实数)导致解题错误,如(3,2)·(1,0)=(3,1)·(1,0)时,(3,2)≠(3,1).
正解:由前知b2=2a·b.
代入7a2+16a·b-15b2=0得a2=2a·b,
∴a2=b2=2a·b,
故cosθ=a·b|a|·|b|=12|a|2|a|2=12.
∴θ=60°.
特别提醒:向量的数量积与实数的积有着本质上的区别,解答向量的数量积问题时要注意运算律或运算法则上的区别,不要受到实数的积形成的定势思维的影响,特别要注意:(1)向量等式两边不能同除;(2)|a|2=|b|2只能得出|a|=|b|,不能得出a=b或a=-b;(3)实数0与向量的积为向量0等.
五、误用向量的加、减法而致错
例5四边形ABCD是以向量AB=m,AD=n为边的平行四边形,O是其对角线的交点,M是BD上的一点,且DM=14DO,试用m,n表示AM.
错解:∵DB=AD-AB=n-m.
DM=14DO=18DB=18n-18m, ∴AM=AD+DM=n+18n-18m=98n-18m.
剖析:根据向量减法的三角形法则,两个向量相减,所得向量是减向量的终点指向被减向量的终点所得的向量.
正解:∵DB=AB-AD=m-n,
DM=14DO=18DB=18m-18n,
∴AM=AD+DM=78n+18m.
特别提醒:运用向量加法与减法时要注意:(1)两个向量相减所得向量的方向;(2)进行加法时必须首尾相接,所得向量方向指向最后一个向量的终点;(3)注意向量加减法与实数加减法的运算律和法则的区别.
六、忽视向量的方向性
例6如右图,A1,A2,…,A8是⊙O上的8个等分点,而在以A1,A2,…,A8及圆心O这9个点中任意两点为起点与终点的向量中,模等于半径的向量有多少个?模等于半径的2倍的向量有多少个?
错解:(1)由已知可得:八边形A1A2…A8是正八边形,正八边形的边长与对角线均与⊙O的半径不相等,所以模等于半径的向量只能是OAi,因此模等于半径的向量共有8个;
(2)以A1,A2,…,A8为顶点的⊙O的内接正方形有两个,一是正方形A1A3A5A7,另一个是正方形A2A4A6A8,在题目所述的向量中,只有这两个正方形的边的长度为半径的2倍,所以模等于半径2倍的向量共有4×2=8个.
剖析:本题考查了分类讨论及数形结合的思想,在计算两向量的个数时,容易漏掉每条边相对应两个向量这一点.(1)由已知可得:八边形A1A2…A8是正八边形,正八边形的边长与对角线均与⊙O的半径不相等,所以模等于半径的向量只能是OAi与AiO两类.(i=1,2,…,8)
(2)⊙O内接正方形的边长是半径的2倍,所以应考虑与圆心O成90°的圆心角的两端的点的向量个数.
正解:(1)模等于半径的向量只有两类,一类是OAi(i=1,2,…,8)共8个;另一类是AiO(i=1,2,…,8)也有8个,两类合计16个.
(2)以A1,A2,…,A8为顶点的⊙O的内接正方形有两个,一是正方形A1A3A5A7,另一个是正方形A2A4A6A8,在题目所述的向量中,只有这两个正方形的边(看成是有向线段,每一边对应两个向量)的长度为半径的2倍,所以模等于半径的2倍的向量共有4×2×2=16个.
特别提醒:向量与实数的不同就在于:向量具有方向性,常常用有向线段来表示向量.
七、忽视向量三角形法则的适用范围
例7若|AB|=8,|AC|=5,则|BC|的取值范围是.
错解:∵|BC|=|AC-AB|,
而根据AC=AB+BC,应用向量加法的三角形法则可得A,B,C构成三角形.
|AB|-|AC|<|BC|<|AC|+|AB|,
∴3<|BC|<13.
剖析:A,B,C三点不一定构成三角形,应用向量加法的三角形法则求和.不一定三点构成三角形,三点共线也可以用三角形法则,本题应注意三点共线的情况.
正解:由以上分析知:3≤|BC|≤13.
特别提醒:要分清向量是向量,模是模.A,B,C三点不构成三角形,也可以应用向量加法的三角形法则求和.
八、忽视向量夹角范围致误
例8已知向量a=(2cosα,2sinα),α∈(π2,π),b=(0,-1),则a与b的夹角为()
A. 3π2-αB. α+π2
C. α-π2D. α
错解:∵a·b=|a||b|cos,
∴cos=a·b|a||b|=-2sinα2=sin(-α)=cos(π2+α).故选B.
剖析:∵∈[0,π],而α∈(π2,π),∴α+π2∈(π,3π2).
故α+π2不可能是a与b的夹角.
正解:∵a·b=|a||b|cos,
∴cos=a·b|a||b|=-2sinα2=sin(-α)=cos(3π2-α).
又∵α∈(π2,π),∴3π2-α∈(π2,π),
∴a与b的夹角为3π2-α.故选A.
特别提醒:两向量之间夹角范围是[0°,180°],其中,0°表示两向量同向,180°表示两向量反向.
一、对概念理解不清而致错
例1给出下列说法:①若AB=DC,则A、B、C、D是平行四边形的四个顶点;②若AB,CD满足|AB|>|CD|,且AB与CD同向,则AB>CD;③若a=b,b=c,则a=c;④若a∥b,b∥c,则a∥c;⑤在△ABC中,若AB·BC>0,则△ABC是钝角三角形.正确的序号是.
错解:∵AB=DC,∴AB
瘙 綊 DC.
∴四边形ABCD为平行四边形,故①对;
又∵|AB|>|CD|,∴AB>CD,故②对;
根据平行的传递性知④对.
因此,正确的序号是①②④.
剖析:①判断错误是由于未能正确理解向量相等的概念,因为AB=DC时,A,B,C,D四点可能在同一条直线上;②判断错误是因为向量是既有大小又有方向的量,两个向量不能比较大小;④判断错误是因为b=0时,a与c不一定平行.
正解:两个向量相等,必须同向且等长,故③正确;AB·BC>0,则AB与BC的夹角为B的补角是锐角,所以B是钝角,故⑤正确.
故填③⑤.
特别提醒:要正确解答有关向量的辨析题,必须准确理解向量的有关概念及相关的运算法则,并注意区分与实数概念、运算法则的不同.
二、忽视向量共线时的特殊情况
例2已知向量a、b、c在同一平面内两两所成的角相等,并且|a|=1,|b|=2,|c|=3,求向量a+b+c的模.
错解:由已知可知a、b、c都为非零向量.又它们两两所成的角相等,故所成的角为120°,而(a+b+c)2=12+22+32+2×1×2cos120°+2×1×3cos120°+2×2×3cos120°=3,所以|a+b+c|=3.
剖析:向量a、b、c在同一平面内两两所成的角相等,有两种情况,即成120°的角或成0°的角,所以上述解答忽视了a、b、c共线同向的情况,所以要分类讨论.
正解:①当a、b、c不共线时,解答同上.
②当a、b、c共线同向时,即a、b、c两两所成的角为0°时,|a+b+c|=|a|+|b|+|c|=1+2+3=6.
综上所述向量a+b+c的模为3或6.
特别提醒:共线向量不一定是相等向量,而相等向量一定是共线向量.规定:0向量与任意向量平行.
三、不考虑向量夹角的范围及相应两个向量的方向而致错
例3已知a=(k,6),b=(3,2),设a与b的夹角为θ,要使θ为锐角,求k的取值范围.
错解:∵θ为锐角,
∴cosθ>0,
∴a·b=|a||b|cosθ>0,
得3k+6·2>0,即k>-4.
剖析:本题误以为两非零向量a与b的夹角为锐角的充要条件是a·b>0.事实上,两向量的夹角θ∈[0,π],当θ=0时,有cosθ=1>0,对于非零向量a与b仍有a·b>0.
正解:由θ为锐角,得cosθ>0且cosθ≠1,
∴a·b=|a||b|cosθ>0,
得3k+6·2>0,即k>一4.
若a平行b则2k-6·3=0,
即k=9,此时cosθ=1,与θ为锐角相矛盾,
∴k≠9.
综上,k>-4且k≠9.
特别提醒:要正确解答向量夹角问题,需注意三个方面:(1)明确向量夹角与其余弦值的符号关系;(2)把握两个向量的方向;(3)明确向量夹角的范围.
四、混淆向量的数量积与实数乘法而致错
例4已知a,b都是非零向量,且向量a+3b与7a-5b垂直,向量a-4b与7a-2b垂直,求向量a与b的夹角.
错解:由题意得(a+3b)·(7a-5b)=0,(a-4b)·(7a-2b)=0,
即7a2+16a·b-15b2=0,7a2-30a·b+8b2=0,
两式相减得46a·b-23b2=0,移项后两边再同时除以b,得2a=b.
则a与b同向,故向量a与b的夹角为0.
剖析:本题误用实数的运算性质(等式两边同时除以一个实数)导致解题错误,如(3,2)·(1,0)=(3,1)·(1,0)时,(3,2)≠(3,1).
正解:由前知b2=2a·b.
代入7a2+16a·b-15b2=0得a2=2a·b,
∴a2=b2=2a·b,
故cosθ=a·b|a|·|b|=12|a|2|a|2=12.
∴θ=60°.
特别提醒:向量的数量积与实数的积有着本质上的区别,解答向量的数量积问题时要注意运算律或运算法则上的区别,不要受到实数的积形成的定势思维的影响,特别要注意:(1)向量等式两边不能同除;(2)|a|2=|b|2只能得出|a|=|b|,不能得出a=b或a=-b;(3)实数0与向量的积为向量0等.
五、误用向量的加、减法而致错
例5四边形ABCD是以向量AB=m,AD=n为边的平行四边形,O是其对角线的交点,M是BD上的一点,且DM=14DO,试用m,n表示AM.
错解:∵DB=AD-AB=n-m.
DM=14DO=18DB=18n-18m, ∴AM=AD+DM=n+18n-18m=98n-18m.
剖析:根据向量减法的三角形法则,两个向量相减,所得向量是减向量的终点指向被减向量的终点所得的向量.
正解:∵DB=AB-AD=m-n,
DM=14DO=18DB=18m-18n,
∴AM=AD+DM=78n+18m.
特别提醒:运用向量加法与减法时要注意:(1)两个向量相减所得向量的方向;(2)进行加法时必须首尾相接,所得向量方向指向最后一个向量的终点;(3)注意向量加减法与实数加减法的运算律和法则的区别.
六、忽视向量的方向性
例6如右图,A1,A2,…,A8是⊙O上的8个等分点,而在以A1,A2,…,A8及圆心O这9个点中任意两点为起点与终点的向量中,模等于半径的向量有多少个?模等于半径的2倍的向量有多少个?
错解:(1)由已知可得:八边形A1A2…A8是正八边形,正八边形的边长与对角线均与⊙O的半径不相等,所以模等于半径的向量只能是OAi,因此模等于半径的向量共有8个;
(2)以A1,A2,…,A8为顶点的⊙O的内接正方形有两个,一是正方形A1A3A5A7,另一个是正方形A2A4A6A8,在题目所述的向量中,只有这两个正方形的边的长度为半径的2倍,所以模等于半径2倍的向量共有4×2=8个.
剖析:本题考查了分类讨论及数形结合的思想,在计算两向量的个数时,容易漏掉每条边相对应两个向量这一点.(1)由已知可得:八边形A1A2…A8是正八边形,正八边形的边长与对角线均与⊙O的半径不相等,所以模等于半径的向量只能是OAi与AiO两类.(i=1,2,…,8)
(2)⊙O内接正方形的边长是半径的2倍,所以应考虑与圆心O成90°的圆心角的两端的点的向量个数.
正解:(1)模等于半径的向量只有两类,一类是OAi(i=1,2,…,8)共8个;另一类是AiO(i=1,2,…,8)也有8个,两类合计16个.
(2)以A1,A2,…,A8为顶点的⊙O的内接正方形有两个,一是正方形A1A3A5A7,另一个是正方形A2A4A6A8,在题目所述的向量中,只有这两个正方形的边(看成是有向线段,每一边对应两个向量)的长度为半径的2倍,所以模等于半径的2倍的向量共有4×2×2=16个.
特别提醒:向量与实数的不同就在于:向量具有方向性,常常用有向线段来表示向量.
七、忽视向量三角形法则的适用范围
例7若|AB|=8,|AC|=5,则|BC|的取值范围是.
错解:∵|BC|=|AC-AB|,
而根据AC=AB+BC,应用向量加法的三角形法则可得A,B,C构成三角形.
|AB|-|AC|<|BC|<|AC|+|AB|,
∴3<|BC|<13.
剖析:A,B,C三点不一定构成三角形,应用向量加法的三角形法则求和.不一定三点构成三角形,三点共线也可以用三角形法则,本题应注意三点共线的情况.
正解:由以上分析知:3≤|BC|≤13.
特别提醒:要分清向量是向量,模是模.A,B,C三点不构成三角形,也可以应用向量加法的三角形法则求和.
八、忽视向量夹角范围致误
例8已知向量a=(2cosα,2sinα),α∈(π2,π),b=(0,-1),则a与b的夹角为()
A. 3π2-αB. α+π2
C. α-π2D. α
错解:∵a·b=|a||b|cos,
∴cos=a·b|a||b|=-2sinα2=sin(-α)=cos(π2+α).故选B.
剖析:∵∈[0,π],而α∈(π2,π),∴α+π2∈(π,3π2).
故α+π2不可能是a与b的夹角.
正解:∵a·b=|a||b|cos,
∴cos=a·b|a||b|=-2sinα2=sin(-α)=cos(3π2-α).
又∵α∈(π2,π),∴3π2-α∈(π2,π),
∴a与b的夹角为3π2-α.故选A.
特别提醒:两向量之间夹角范围是[0°,180°],其中,0°表示两向量同向,180°表示两向量反向.