向量与其他数学知识的整合

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  向量是高中新教材中的新增内容,它融数形示一体,具有代数与几何的双重身份。向量也可以作为解题工具,在很多数学问题中,往往具有魔鬼般的功能。下面主要从几个方面加以阐述。
  一、向量与代数的整合
  许多代数式问题中,当它的条件满足一些关系式时,可利用关系式设相应的向量,利用向量的特有性质,求代数式的值及最值。利用向量解决此类问题,通常需要下列三个步骤:
  (1)把已知条件转化为与向量相关的量,构造相关的向量。(2)通过向量进行运算,通常是向量的模、向量的数量积、夹角的余弦值、向量共线等相关的运算。(3)再把所求的值转化为代数式的值。
  例1.设a、b、c、,x、y、z均为实数,且a2+b2+c2=25,x2+y2+z2=36,ax+by+cz=30,求的值。
  分析:由已知条件联想到向量的有关问题,若设=(a,b,c), =(x,y,z),则=,=,•=ax+by+cz,从而解决所求问题。
  解:构造向量=(a,b,c),=(x,y,z),由已知得:=5,=6,即•=30,∴与同向,设=(>0)则==,所以=, a=x,b=y,c=z,故=。
  评注:本题主要是针对,=,•=ax+by+cz,通过已知条件与向量的联系,使得代数式的运算简单化,把已知中的代数式转化为与向量有关的问题,
  二、向量与不等式的整合
  在不等式中,当已知条件满足向量的条件时,就可以把不等式的有关问题转化为向量问题。常利用向量的模、数量积、夹角的范围求证不等式。
  例2.如图,设动点p在棱长为1的正方体ABCD-A1B1C1D1的对角线BD1上.记=,当∠APC为钝角时,求入的取值范围。
  分析:本题是典型的利用空间向量解决立体几何问题,首先考虑建立恰当的直角坐标系,把已知条件转化为两个向量共线问题及两个向量的夹角问题,即利用,的夹角为钝角及它的余弦值小于零解决问题。
  解:以D为原点,建立如图所示的空间直角坐标系,则:A(1,0,0),B(1,1,0),C(0,1,0),D1(0,0,1)
  ∴=(1,1,-1),由得==(,,-)
  ∴=+=(1-,-,-1),=+=(-,1-,-1)
  ∵∠APC為钝角,cos<,>==<0
  ∴(-1)(3-1)<0 解得<<1
  ∴的取值范围是(,1)。
  评注:向量在立体几何中用得非常广,例如:求两条直线之间的距离、点到直线的距离、点到平面距离、直线与直线的夹角、直线与平面的夹角、平面与平面的夹角等。
  三、向量与三角函数的整合
   近几年来,向量与三角函数、斜三角形的整合是一个主要考点,往往都是以大题的方式出现,常要求求函数的周期、单调区间、最值、角的大小、角所对的边长等。
   例3.已知=(2sinx,cosx),=(cosx,2cosx),设函数f(x)=•-(x∈R)。
  求:(1)f(x)的单调区间。
  (2)若f(-)-f(+)且?琢∈(,π),求角?琢。
  分析:本题即是向量与三角函数的综合型题目,通常是通过向量的运算法则,把函数转化为f(x)=Asin(?棕x+?准)+B类型,通过三角函数的性质解题。
  解:(1)由-+2kπ≤2x+≤2kπ得-+kπ≤x≤+kπ∴f(x)的单调增区间为[-+kπ,+kπ](k∈z)
  同理:f(x)的单调减区间为[+kπ,+kπ](k∈z)
  (2)由f(-)-f(+)得:2sin?琢-2cos?琢=即sin(?琢-)=
  又∴?琢∈(,π)∴(?琢-)∈(,)∴?琢=或=
  评注:向量在数学中的应用特别多,充分应用向量是我们数学中解题的一大技巧。
  (贵州道真县道真中学;563500)
  
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