📏 平面向量及其应用

百宾顾问版 · 2026高考冲刺提分版

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一、平面向量的概念

(1) 向量的概念

既有大小又有方向的量称为向量。

(2) 向量的表示方法

➀ 用 a, b, c 等小写字母表示(印刷体用黑体)

➁ 用 AB, PQ 等有向线段表示

(3) 模

向量 AB 的长度叫做向量 AB 的模,记做 |AB|
⚠️ 易错提醒:|a| ≥ 0,|a| = 0 ⟺ a = 0(零向量)

(4) 相等向量与相反向量

➀ 大小相等、方向相同的向量叫做相等向量(与起点无关)

➁ 大小相等、方向相反的向量叫做相反向量

💡 提分技巧:向量可以自由平移,这是与线段最大的区别!相等向量一定共线,但共线向量不一定相等。

(5) 单位向量

长度等于1的向量叫单位向量。给定非零向量 a,与 a 同方向的单位向量 e = a/|a|

(6) 零向量

长度等于0的向量叫零向量,记作 0
⚠️ 易错提醒:零向量的方向是任意的!教材明确:零向量与任意向量平行。

(7) 共线向量(平行向量)

方向相同或相反的向量叫做共线向量(平行向量)。

💡 关键理解:向量平行 = 向量共线,这两个概念完全等价。

二、平面向量的运算

1. 线性运算

(1) 向量加法

➀ 三角形法则:AB + BC = AC(首尾相连,首指向尾)
➁ 平行四边形法则:OA + OB = OC(共起点作平行四边形)
➂ 多边形法则:AB + BC + CD + DE = AE
💡 解题策略:三角形法则适用于首尾相接;平行四边形法则适用于共起点。

(2) 相反向量

与 a 方向相反且等长的向量叫做 a 的相反向量,记作 -a

(3) 向量减法

a - b = a + (-b)
💡 三角形法则下的减法:AB - AC = CB(共起点,连终点,方向指向被减向量)

(4) 数乘向量

|λa| = |λ|·|a|

方向:λ>0 时与a同向;λ=0 时为零向量;λ<0 时与a反向

(5) 共线向量基本定理 ⭐⭐⭐

➀ 若存在实数 λ,使 b = λa,则 a ∥ b
➁ 若 a ∥ b,且 a ≠ 0,则存在唯一的实数 λ,使 b = λa
⚠️ 易错提醒:定理➁中条件 a≠0 不可省略!若 a=0,则 λ 不唯一。
💡 解题策略:证明三点共线,只需证 AB = λAC。

2. 向量的数量积

(1) 向量的夹角

已知 OA = a,OB = b,则 ∠AOB = θ(0°≤θ≤180°)

θ=0°时同向;θ=180°时反向;θ=90°时 a⊥b

⚠️ 易错提醒:求两向量夹角时,必须将两向量平移到同一起点!

(2) 数量积的定义

a·b = |a||b|cos θ

投影向量:过 a 的起点和终点分别作 b 所在直线的垂线,垂足之间的有向线段叫做 a 在 b 上的投影向量。

a 在 b 上的投影 = |a|cos θ(可正可负可零)

(3) 数量积的运算性质

➀ 交换律:a·b = b·a
➁ 结合律:(λa)·b = λ(a·b) = a·(λb)
➂ 分配律:(a+b)·c = a·c + b·c
➃ 垂直条件:a⊥b ⟺ a·b=0 ⟺ x₁x₂+y₁y₂=0 ⭐
➄ 模长公式:|a|² = a·a,即 |a| = √(a·a)
➅ 夹角公式:cos θ = (a·b)/(|a||b|)
⚠️ 易错提醒:数量积没有结合律!(a·b)·c ≠ a·(b·c)
⚠️ 易错提醒:a·b=0 推不出 a=0 或 b=0(可能只是垂直!)

三、平面向量基本定理

1. 平面向量基本定理 ⭐⭐⭐

如果 e₁ 和 e₂ 是同一平面内的两个不共线向量,那么对于这一平面内的任一向量 a,有且只有一对实数 λ₁, λ₂,使 a = λ₁e₁ + λ₂e₂
💡 核心理解:平面内任意向量都可以用两个不共线向量"唯一表示"。这就是"化归"思想的体现。

2. 基底

不共线向量 e₁, e₂ 叫做表示这一平面内所有向量的一个基底,记作 {e₁, e₂}。

⚠️ 易错提醒:基底中的两个向量必须不共线!零向量不能作为基底。

3. 基本定理的应用 ⭐⭐⭐

若 a = λ₁e₁ + λ₂e₂ 且 a = μ₁e₁ + μ₂e₂,则必有 λ₁=μ₁,λ₂=μ₂
💡 解题策略:①已知两种表示求系数 ②三点共线(AB=λAC) ③线段定比分点

四、平面向量的坐标表示

已知 a=(x₁,y₁),b=(x₂,y₂)

1. 线性运算

a+b = (x₁+x₂, y₁+y₂);a-b = (x₁-x₂, y₁-y₂);λa = (λx₁, λy₁)

2. 模长

|a| = √(x₁²+y₁²);|AB| = √[(x₂-x₁)²+(y₂-y₁)²]

3. 中点坐标

A(x₁,y₁),B(x₂,y₂),则 AB 中点 M 的坐标为 ((x₁+x₂)/2, (y₁+y₂)/2)

4. 平行与垂直的坐标表示 ⭐⭐⭐

a∥b ⟺ x₁y₂ = x₂y₁(交叉相乘相等)
a⊥b ⟺ x₁x₂ + y₁y₂ = 0
⚠️ 易错提醒:平行条件写成 x₁y₂-x₂y₁=0 更稳妥,避免分母讨论。
💡 记忆技巧:平行是"交叉乘",垂直是"对应乘再相加"。

5. 数量积的坐标表示

a·b = x₁x₂ + y₁y₂
cos θ = (x₁x₂+y₁y₂) / (√(x₁²+y₁²)·√(x₂²+y₂²))

五、解三角形

1. 正弦定理 ⭐⭐⭐

a/sinA = b/sinB = c/sinC = 2R(R 为外接圆半径)
💡 什么时候用正弦定理?

① 已知两角一边(AAS/ASA) ② 已知两边一对角(SSA,注意多解!) ③ 边角互化

2. 余弦定理 ⭐⭐⭐

a²=b²+c²-2bc·cosA;b²=a²+c²-2ac·cosB;c²=a²+b²-2ab·cosC
cosA=(b²+c²-a²)/(2bc)
💡 什么时候用余弦定理?

① 已知三边(SSS)求角 ② 已知两边夹角(SAS)求第三边

3. 边角互化

a=2R·sinA,b=2R·sinB,c=2R·sinC

4. 三角形面积公式 ⭐⭐

S = ½a·ha = ½b·hb = ½c·hc
S = ½ab·sinC = ½ac·sinB = ½bc·sinA
💡 高频考点:S=½ab·sinC 是高考最常用面积公式!

5. SSA问题的多解讨论 ⭐⭐⭐

条件解的个数说明
a > b·sinA 且 a ≥ b一解a 足够大
a > b·sinA 且 a < b两解⚠️ 易忽略!
a = b·sinA一解直角三角形
a < b·sinA无解a 太小够不着

六、典型例题精选

【例1】共线向量基本定理的应用

已知 a=(1,2),b=(3,λ),若 a∥b,求 λ 的值。

:∵ a∥b,∴ 1·λ=2·3,即 λ=6。

💡 点评:直接用坐标形式的平行条件 x₁y₂=x₂y₁,比设 b=λa 更快捷。

【例2】数量积与垂直

已知 a=(2,1),b=(1,m),若 a⊥b,求 m 的值。

:∵ a⊥b,∴ a·b=0,即 2·1+1·m=0,解得 m=-2。

💡 点评:垂直⟺数量积为零⟺坐标对应乘积之和为零。高考最高频考点之一。

【例3】基底分解(中线向量)

△ABC中,D为BC的中点,AB=a,AC=b,用 a,b 表示 AD。

:AD=AB+BD=a+½BC=a+½(AC-AB)=a+½(b-a)=½a+½b。

💡 点评:中线向量公式 AD=½(AB+AC) 可以直接用,但推导过程更重要。

【例4】正弦定理+多解讨论

△ABC中,a=2,b=3,A=30°,求角B。

:由正弦定理,sinB = b·sinA/a = 3·sin30°/2 = 3/4。

∵ b>a,∴ B>A=30°。又 sinB=3/4,∴ B≈48.6° 或 B≈131.4°。

两种情况都满足 B>30°,∴ B 有两解。

⚠️ 易错提醒:SSA问题必须讨论多解!大边对大角是关键判断依据。

【例5】向量与三角函数综合(高考真题风格)

已知 a=(cosx,sinx),b=(cosx,-√3cosx),设 f(x)=a·b。

(1)求 f(x) 的最小正周期;(2)当 x∈[0,π/2] 时,求 f(x) 的最值。

:(1)f(x)=cos²x-√3sinxcosx = ½(1+cos2x)-(√3/2)sin2x

= ½+cos(2x+π/3)。最小正周期 T=2π/2=π。

(2)当 x∈[0,π/2] 时,2x+π/3∈[π/3,4π/3],cos(2x+π/3)∈[-1,½]。

∴ f(x)∈[-½, 1]。最大值为1,最小值为-½。

💡 点评:向量与三角函数综合是高考热点。关键是把数量积转化为三角函数。

七、2026命题预测与解题策略

📌 平面向量在高考中的三大考向:

考向一:向量基本运算(基础题,5分)

题型:选择题/填空题,考平行、垂直、模长、夹角的基本计算。

策略:平行用 x₁y₂=x₂y₁,垂直用 x₁x₂+y₁y₂=0。

考向二:向量与三角函数综合(中档题,10-12分)

题型:以向量为载体,结合三角恒等变换、三角函数图像与性质。

策略:把数量积转化为 f(x)=Asin(ωx+φ)+B 的形式再分析。

考向三:向量与解析几何/实际应用(中高档题)

策略:坐标化是通法。建立坐标系,把几何问题转化为向量坐标运算。

📌 解三角形在高考中的两大考向:

考向一:正弦/余弦定理的直接应用(基础题,5-7分)

策略:SSS/SAS用余弦定理,AAS/ASA用正弦定理,SSA注意多解讨论。

考向二:解三角形综合应用(中档题,10-12分)

题型:与面积、最值、范围问题结合,或结合实际测量问题。

策略:面积公式 S=½ab·sinC;最值问题常用余弦定理+基本不等式。

🎓 百宾老师寄语

平面向量是高中数学的"工具性"章节,它本身不难,但它是连接代数、几何、三角函数的桥梁。高考中向量很少单独出大题,但它会"隐身"在解析几何、三角函数、立体几何中。

最后5天复习建议

1. 背熟所有公式,特别是垂直条件 x₁x₂+y₁y₂=0(原始资料遗漏了!)

2. 掌握"基底法"和"坐标法"两种解题路径,根据题目灵活选择

3. 解三角形务必掌握SSA多解讨论,这是高考高频易错点

4. 每天做3-5道向量小题保持手感,重点练坐标运算和数量积