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单位向量作为一种特殊的向量,有着一些优美的特性. 对一些高考题,若能根据其特点构造单位向量来解答,会使解题思维直观形象、运算得到优化,会发现解题境界别有洞天,从而提升解题思维能力.
一、利用单位向量和的几何表示来解决与角平分线相关的问题.
例1 若θ∈[π 4,π 2],
sin2θ=37 8,
则sinθ=( )
(A) 3 5 (B) 4 5 (C)
7 4 (D) 3 4
解 :因为θ∈[π 4,π 2],所以
2θ∈[π 2,π].
在坐标系内构建单位圆(如图1),
令∠AOP=θ,∠AOQ=2θ.
由sin2θ=37 8,
2θ∈[π 2,π],
结合三角
函数的定义得点Q(-1 8,37 8 ).
OQ=(-1 8,37 8
),OA=(1,0),OQ+OA
=(-7 8,
37 8
)=7 32
(7 4
,3 4),
向量OQ+OA与单位向量
OP同向,所以
OP=(7 4,3 4),
由三角函数的定义得sinθ=3 4,
故选(D).
例2 已知点A(3,1),B(0,0),C(3,0),设
∠BAC的平分线AE与BC相交于E,那么有
BC=λCE,其中λ等于( )
(A) 2 (B) 1 2 (C) -3 (D) -1 3
解 :由与
AB=
(-3,-1)
同向的单位向量
e1=
(-3 2,
-1 2)
,与
AC=(0,-1)同向的单位向量
e1=(0,-1),可知
AE的方向向量为e1+e=
(-3 2,
-3 2).
一方面设AE=μ(-3 2,
-3 2).
另一方面,AE=AC+CE=
AC+1 λBC=(0,-1)+
1 λ(3,0)=(3 λ,-1).
所以μ(-3 2,-3 2)=
(3 λ,-1),于是有
-3 2μ=
3 λ,
-3 2μ=-1.
解得λ=-3.故选(C).
二、将单位向量与三角函数相结合,简化与旋转有关的问题的运算
例3 在平面直角坐标系中,点O(0,0),P(6,8),将向量
OP绕点O按逆时针方向旋转
3π 4后得向量OQ,则点Q得坐标是( )
(A) (-72,-2) (B) (-72
,-2)
(C) (-46,-2)〖DW〗(D) (-46,-2)
解 : 由题意知
|OP|=|OQ|=10.
设OP与x轴的正方向构成的角为α,
则OP、OQ同向的单位向量分别为
e1=(cosα,
sinα)、e2=[
cos(α+3π 4),sin(α+3π 4 )].
于是有
OP=10e1=(10cosα,10sinα)=(6,8),
10cosα=6,
10sinα.
解得
cosα=3 5,
sinα=4 5.
OQ=10e2=[10cos(α+3π 4),10sin(α+3π 4)
]=(-52cosα-52sinα,-52
sinα+52cosα)=(-72,-2).
所以点Q的坐标为B(-72,-2).故选(B).
例4如图2,在平
面直角坐标系xOy中,一单位圆的圆心的初始位置在
(0,1),此时圆上一点P的位置在(0,0),圆在轴上沿正
向滚动到圆心位于(2,1)时,
OP的坐标为 .
解: 如图3,令A(0,1),B(2,1)则
AO=(0,-1).
设AO=(cosθ,sinθ),则
cosθ=0,sinθ=-1.
圆心从点A移至点A′,点P在单位圆上顺时针转过的长度为2,于是有
∠HBP=2
.
所以BP=
(cos(θ-2),sin(θ-2))=(-sin2,-cos2).
又因B(2,1),
故P(2-sin2,1-cos2).
所以OP=(2-sin2,1-cos2).
例5过抛物线y=ax2(a>0)的焦点作一直线交抛物线于P、Q点,若线段PF与FQ的长分别为p、q,则
1 p+1 q等于()
(A) 2a(B) 1 2a(C) 4a(D) 4 a
解 :抛物线 的焦点为 ,准线为 .
设与 同向的单位向量为 , 则与 同向的单位向量为 .
于是有
由抛物线的定义得 ,
.
于是得,
.
所以.
故选C.
一、利用单位向量和的几何表示来解决与角平分线相关的问题.
例1 若θ∈[π 4,π 2],
sin2θ=37 8,
则sinθ=( )
(A) 3 5 (B) 4 5 (C)
7 4 (D) 3 4
解 :因为θ∈[π 4,π 2],所以
2θ∈[π 2,π].
在坐标系内构建单位圆(如图1),
令∠AOP=θ,∠AOQ=2θ.
由sin2θ=37 8,
2θ∈[π 2,π],
结合三角
函数的定义得点Q(-1 8,37 8 ).
OQ=(-1 8,37 8
),OA=(1,0),OQ+OA
=(-7 8,
37 8
)=7 32
(7 4
,3 4),
向量OQ+OA与单位向量
OP同向,所以
OP=(7 4,3 4),
由三角函数的定义得sinθ=3 4,
故选(D).
例2 已知点A(3,1),B(0,0),C(3,0),设
∠BAC的平分线AE与BC相交于E,那么有
BC=λCE,其中λ等于( )
(A) 2 (B) 1 2 (C) -3 (D) -1 3
解 :由与
AB=
(-3,-1)
同向的单位向量
e1=
(-3 2,
-1 2)
,与
AC=(0,-1)同向的单位向量
e1=(0,-1),可知
AE的方向向量为e1+e=
(-3 2,
-3 2).
一方面设AE=μ(-3 2,
-3 2).
另一方面,AE=AC+CE=
AC+1 λBC=(0,-1)+
1 λ(3,0)=(3 λ,-1).
所以μ(-3 2,-3 2)=
(3 λ,-1),于是有
-3 2μ=
3 λ,
-3 2μ=-1.
解得λ=-3.故选(C).
二、将单位向量与三角函数相结合,简化与旋转有关的问题的运算
例3 在平面直角坐标系中,点O(0,0),P(6,8),将向量
OP绕点O按逆时针方向旋转
3π 4后得向量OQ,则点Q得坐标是( )
(A) (-72,-2) (B) (-72
,-2)
(C) (-46,-2)〖DW〗(D) (-46,-2)
解 : 由题意知
|OP|=|OQ|=10.
设OP与x轴的正方向构成的角为α,
则OP、OQ同向的单位向量分别为
e1=(cosα,
sinα)、e2=[
cos(α+3π 4),sin(α+3π 4 )].
于是有
OP=10e1=(10cosα,10sinα)=(6,8),
10cosα=6,
10sinα.
解得
cosα=3 5,
sinα=4 5.
OQ=10e2=[10cos(α+3π 4),10sin(α+3π 4)
]=(-52cosα-52sinα,-52
sinα+52cosα)=(-72,-2).
所以点Q的坐标为B(-72,-2).故选(B).
例4如图2,在平
面直角坐标系xOy中,一单位圆的圆心的初始位置在
(0,1),此时圆上一点P的位置在(0,0),圆在轴上沿正
向滚动到圆心位于(2,1)时,
OP的坐标为 .
解: 如图3,令A(0,1),B(2,1)则
AO=(0,-1).
设AO=(cosθ,sinθ),则
cosθ=0,sinθ=-1.
圆心从点A移至点A′,点P在单位圆上顺时针转过的长度为2,于是有
∠HBP=2
.
所以BP=
(cos(θ-2),sin(θ-2))=(-sin2,-cos2).
又因B(2,1),
故P(2-sin2,1-cos2).
所以OP=(2-sin2,1-cos2).
例5过抛物线y=ax2(a>0)的焦点作一直线交抛物线于P、Q点,若线段PF与FQ的长分别为p、q,则
1 p+1 q等于()
(A) 2a(B) 1 2a(C) 4a(D) 4 a
解 :抛物线 的焦点为 ,准线为 .
设与 同向的单位向量为 , 则与 同向的单位向量为 .
于是有
由抛物线的定义得 ,
.
于是得,
.
所以.
故选C.