最新高中數(shù)學(xué)高中數(shù)學(xué)2.4.2平面向量數(shù)量積的坐標表示模夾角教案新人教A版必修4

1、2.4.2 平面向量數(shù)量積的坐標表示、模、夾角整體設(shè)計教學(xué)分析 平面向量的數(shù)量積,教材將其分為兩部分.在第一部分向量的數(shù)量積中,首先研究平面向量所成的角,其次,介紹了向量數(shù)量積的定義,最后研究了向量數(shù)量積的基本運算法則和基本結(jié)論;在第二部分平面向量數(shù)量積的坐標表示中,在平面向量數(shù)量積的坐標表示的基礎(chǔ)上,利用數(shù)量積的坐標表示研討了平面向量所成角的計算方式,得到了兩向量垂直的判定方法,本節(jié)是平面向量數(shù)量積的第二部分. 前面我們學(xué)習(xí)了平面向量的數(shù)量積,以及平面向量的坐標表示.那么在有了平面向量的坐標表示以及坐標運算的經(jīng)驗和引進平面向量的數(shù)量積后,就順其自然地要考慮到平面向量的數(shù)量積是否也能用坐標表示

2、的問題.另一方面,由于平面向量數(shù)量積涉及了向量的模、夾角,因此在實現(xiàn)向量數(shù)量積的坐標表示后,向量的模、夾角也都可以與向量的坐標聯(lián)系起來.利用平面向量的坐標表示和坐標運算,結(jié)合平面向量與平面向量數(shù)量積的關(guān)系來推導(dǎo)出平面向量數(shù)量積以及向量的模、夾角的坐標表示. 教師應(yīng)在坐標基底向量的數(shù)量積的基礎(chǔ)上,推導(dǎo)向量數(shù)量積的坐標表示.通過例題分析、課堂訓(xùn)練,讓學(xué)生總結(jié)歸納出對于向量的坐標、數(shù)量積、向量所成角及模等幾個因素,知道其中一些因素,求出其他因素基本題型的求解方法.平面向量數(shù)量積的坐標表示是在學(xué)生學(xué)習(xí)了平面向量的坐標表示和平面向量數(shù)量積的基礎(chǔ)上進一步學(xué)習(xí)的,這都為數(shù)量積的坐標表示奠定了知識和方法基礎(chǔ).

3、三維目標1.通過探究平面向量的數(shù)量積的坐標運算,掌握兩個向量數(shù)量積的坐標表示方法.2.掌握兩個向量垂直的坐標條件以及能運用兩個向量的數(shù)量積的坐標表示解決有關(guān)長度、角度、垂直等幾何問題.3.通過平面向量數(shù)量積的坐標表示,進一步加深學(xué)生對平面向量數(shù)量積的認識,提高學(xué)生的運算速度,培養(yǎng)學(xué)生的運算能力,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力,提高學(xué)生的數(shù)學(xué)素質(zhì).重點難點教學(xué)重點:平面向量數(shù)量積的坐標表示.教學(xué)難點:向量數(shù)量積的坐標表示的應(yīng)用.課時安排1課時教學(xué)過程導(dǎo)入新課 思路1.平面向量的表示方法有幾何法和坐標法,向量的表示形式不同,對其運算的表示方式也會改變.向量的坐標表示,為我們解決有關(guān)向量的加、減、數(shù)乘運算帶來了

4、極大的方便.上一節(jié),我們學(xué)習(xí)了平面向量的數(shù)量積,那么向量的坐標表示,對平面向量的數(shù)量積的表示方式又會帶來哪些變化呢？由此直接進入主題. 思路2.在平面直角坐標系中,平面向量可以用有序?qū)崝?shù)對來表示,兩個平面向量共線的條件也可以用坐標運算的形式刻畫出來,那么學(xué)習(xí)了平面向量的數(shù)量積之后,它能否用坐標來表示？若能,如何通過坐標來實現(xiàn)呢？平面向量的數(shù)量積還會是一個有序?qū)崝?shù)對嗎？同時,平面向量的模、夾角又該如何用坐標來表示呢？通過回顧兩個向量的數(shù)量積的定義和向量的坐標表示,在此基礎(chǔ)上引導(dǎo)學(xué)生推導(dǎo)、探索平面向量數(shù)量積的坐標表示.推進新課新知探究提出問題平面向量的數(shù)量積能否用坐標表示?已知兩個非零向量a=(x

5、1,y1),b=(x2,y2),怎樣用a與b的坐標表示a·b呢?怎樣用向量的坐標表示兩個平面向量垂直的條件？你能否根據(jù)所學(xué)知識推導(dǎo)出向量的長度、距離和夾角公式？ 活動:教師引導(dǎo)學(xué)生利用前面所學(xué)知識對問題進行推導(dǎo)和探究.前面學(xué)習(xí)了向量的坐標可以用平面直角坐標系中的有序?qū)崝?shù)對來表示,而且我們也知道了向量的加、減以及實數(shù)與向量積的線性運算都可以用坐標來表示.兩個向量共線時它們對應(yīng)的坐標也具備某種關(guān)系,那么我們就自然而然地想到既然向量具有數(shù)量積的運算關(guān)系,這種運算關(guān)系能否用向量的坐標來表示呢？教師提示學(xué)生在向量坐標表示的基礎(chǔ)上結(jié)合向量的坐標運算進行推導(dǎo)數(shù)量積的坐標表示.教師可以組織學(xué)生到黑板

6、上板書推導(dǎo)過程,教師給予必要的提示和補充.推導(dǎo)過程如下:a=x1+y1j,b=x2+y2j,a·b=(x1+y1j)·(x2+y2j)=x1x22+x1y2·j+x2y1·j+y1y2j2.又·=1,j·j=1,·j=j·=0,a·b=x1x2+y1y2.教師給出結(jié)論性的總結(jié),由此可歸納如下:1°平面向量數(shù)量積的坐標表示兩個向量的數(shù)量積等于它們對應(yīng)坐標的乘積的和,即a=(x1,y1),b=(x2,y2),則a·b=x1x2+y1y2.2°向量模的坐標表示若a=(x,y),則|

7、a|2=x2+y2,或|a|=.如果表示向量a的有向線段的起點和終點的坐標分別為(x1,y1)、(x2,y2),那么a=(x2-x1,y2-y1),|a|=3°兩向量垂直的坐標表示設(shè)a=(x1,y1),b=(x2,y2),則abx1x2+y1y2=0.4°兩向量夾角的坐標表示設(shè)a、b都是非零向量,a=(x1,y1),b=(x2,y2),是a與b的夾角,根據(jù)向量數(shù)量積的定義及坐標表示,可得cos=討論結(jié)果:略.應(yīng)用示例例1 已知a(1,2),b(2,3),c(-2,5),試判斷abc的形狀,并給出證明. 活動:教師引導(dǎo)學(xué)生利用向量數(shù)量積的坐標運算來解決平面圖形的形狀問題.判斷

8、平面圖形的形狀,特別是三角形的形狀時主要看邊長是否相等,角是否為直角.可先作出草圖,進行直觀判定,再去證明.在證明中若平面圖形中有兩個邊所在的向量共線或者模相等,則此平面圖形與平行四邊形有關(guān);若三角形的兩條邊所在的向量模相等或者由兩邊所在向量的數(shù)量積為零,則此三角形為等腰三角形或者為直角三角形.教師可以讓學(xué)生多總結(jié)幾種判斷平面圖形形狀的方法.解:在平面直角坐標系中標出a(1,2),b(2,3),c(-2,5)三點,我們發(fā)現(xiàn)abc是直角三角形.下面給出證明.=(2-1,3-2)=(1,1),=(-2-1,5-2)=(-3,3),·=1×(-3)+1×3=0.abc是

9、直角三角形. 點評:本題考查的是向量數(shù)量積的應(yīng)用,利用向量垂直的條件和模長公式來判斷三角形的形狀.當給出要判定的三角形的頂點坐標時,首先要作出草圖,得到直觀判定,然后對你的結(jié)論給出充分的證明.變式訓(xùn)練 在abc中,=(2,3),=(1,k),且abc的一個內(nèi)角為直角,求k的值.解:由于題設(shè)中未指明哪一個角為直角,故需分別討論.若a=90°,則,所以·=0.于是2×1+3k=0.故k=.同理可求,若b=90°時,k的值為;若c=90°時,k的值為.故所求k的值為或或.例2 (1)已知三點a(2,-2),b(5,1),c(1,4),求bac的余弦值

10、;(2)a=(3,0),b=(-5,5),求a與b的夾角. 活動:教師讓學(xué)生利用向量的坐標運算求出兩向量a=(x1,y1)與b=(x2,y2)的數(shù)量積a·b=x1x2+y1y2和模|a|=,|b|=的積,其比值就是這兩個向量夾角的余弦值,即cos=.當求出兩向量夾角的余弦值后再求兩向量的夾角大小時,需注意兩向量夾角的范圍是0.學(xué)生在解這方面的題目時需要把向量的坐標表示清楚,以免出現(xiàn)不必要的錯誤.解:(1)=(5,1)-(2,-2)=(3,3), =(1,4)-(2,-2)=(-1,6),·=3×(-1)+3×6=15.又|=3,|=,cosbac=(2)

11、a·b=3×(-5)+0×5=-15,|a|=3,|b|=52.設(shè)a與b的夾角為,則cos=又0,=. 點評:本題考查的是利用向量的坐標表示來求兩向量的夾角.利用基本公式進行運算與求解主要是對基礎(chǔ)知識的鞏固與提高.變式訓(xùn)練 設(shè)a=(5,-7),b=(-6,-4),求a·b及a、b間的夾角.(精確到1°)解:a·b=5×(-6)+(-7)×(-4)=-30+28=-2.|a|=,|b|=由計算器得cos=-0.03.利用計算器中得92°.例3 已知|a|=3,b=(2,3),試分別解答下面兩個問題:(1)若

12、ab,求a;(2)若ab,求a. 活動:對平面中的兩向量a=(x1,y1)與b=(x2,y2),要讓學(xué)生在應(yīng)用中深刻領(lǐng)悟其本質(zhì)屬性,向量垂直的坐標表示x1x2+y1y2=0與向量共線的坐標表示x1y2-x2y1=0很容易混淆,應(yīng)仔細比較并熟記,當難以區(qū)分時,要從意義上鑒別,兩向量垂直是a·b=0,而共線是方向相同或相反.教師可多加強反例練習(xí),多給出這兩種類型的同式變形訓(xùn)練.解:(1)設(shè)a=(x,y),由|a|=3且ab,得解得a=a=(2)設(shè)a=(x,y),由|a|=3且ab,得解得或a=a=. 點評:本題主要考查學(xué)生對公式的掌握情況,學(xué)生能熟練運用兩向量的坐標運算來判斷垂直或者共線

13、,也能熟練地進行公式的逆用,利用已知關(guān)系來求向量的坐標.變式訓(xùn)練 求證:一次函數(shù)y=2x-3的圖象(直線l1)與一次函數(shù)y=x的圖象(直線l2)互相垂直.解:在l1:y=2x-3中,令x=1得y=-1;令x=2得y=1,即在l1上取兩點a(1,-1),b(2,1).同理,在直線l2上取兩點c(-2,1),d(-4,2),于是:=(2,1)-(1,-1)=(2-1,1+1)=(1,2),=(-4,2)-(-2,1)=(-4+2,2-1)=(-2,1).由向量的數(shù)量積的坐標表示,可得·=1×(-2)+1×2=0,即l1l2.知能訓(xùn)練課本本節(jié)練習(xí).解答:1.|a|=5,

14、|b|=,a·b=-7.2.a·b=8,(a+b)·(a-b)=-7,a·(a+b)=0,(a+b)2=49.3.a·b=1,|a|=,|b|=,88°.課堂小結(jié)1.在知識層面上,先引導(dǎo)學(xué)生歸納平面向量數(shù)量積的坐標表示,向量的模,兩向量的夾角,向量垂直的條件.其次引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)數(shù)量積的坐標運算規(guī)律,夾角和距離公式、兩向量垂直的坐標表示.2.在思想方法上,教師與學(xué)生一起回顧探索過程中用到的思維方法和數(shù)學(xué)思想方法,定義法,待定系數(shù)法等.作業(yè)課本習(xí)題2.4 a組8、9、10.設(shè)計感想 由于本節(jié)課是對平面向量的進一步探究與應(yīng)用,是對平面向量幾何意義的綜合研究提高,因此教案設(shè)計流程是探究、發(fā)現(xiàn)、應(yīng)用、提高,這符合新課程理念,符合新課標要求.我們知道平面向量的數(shù)量積是本章最重要的內(nèi)容,也是高考中的重點,既有選擇題、填空題,也有解答題(大多同立體幾何、解析幾何綜合考查),故學(xué)習(xí)時要熟練掌握基本概念和性質(zhì)及其綜合運用.而且數(shù)量積的坐標表示又是向量運算的一個重要內(nèi)容,用坐標表示直角坐標平面內(nèi)點的位置,是解析幾何的一個基本特征,從而以坐標為橋梁可以建立向量與解析幾何的內(nèi)在聯(lián)系.以三角函數(shù)表示點的坐標,又可以溝通向量與三角函數(shù)的相互關(guān)系,由此就產(chǎn)生出一類向量與解析幾何及三角函數(shù)