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高二物理平面向量压轴题和相关例题

2026-06-07 14:52:00信息公告868

高二物理平面向量压轴题和相关例题如下:jqG物理好资源网(原物理ok网)

压轴题:jqG物理好资源网(原物理ok网)

【例1】(2020·江苏·原创预测)在直角坐标系xOy中,已知点A(0,2),B(-3,-1),C(-1,-3),D(-2,-4),在四边形ABCD内,求点M的轨迹E的方程,并说明它表示什么曲线。jqG物理好资源网(原物理ok网)

【分析】jqG物理好资源网(原物理ok网)

根据平面向量的坐标运算,可得$MA \perp MD$,再根据向量垂直的条件:数量积为$0$,可得$x^{2} + y^{2} = 1$,即为点E的轨迹方程,从而得到点E的轨迹为圆。jqG物理好资源网(原物理ok网)

相关例题:jqG物理好资源网(原物理ok网)

【例2】(2023·江西·原创预测)在平面直角坐标系xOy中,已知点A(-1,0),B(3,0),C(cosθ,sinθ),D(cos(θ + \alpha),sin(θ + \alpha)),其中\alpha 为锐角。jqG物理好资源网(原物理ok网)

(1)求证:$\overset{\longrightarrow}{AB} \cdot \overset{\longrightarrow}{CD} = 0$;jqG物理好资源网(原物理ok网)

(2)若点E是线段AB的中点,求点E的轨迹C的方程;jqG物理好资源网(原物理ok网)

(3)若点C在圆C_{1}(x + 4)^{2} + (y - 1)^{2} = 4上运动,点D在圆C_{2}(x - 1)^{2} + (y + 4)^{2} = 4上运动,求四边形ABCD内切圆的半径r的最大值。jqG物理好资源网(原物理ok网)

【分析】jqG物理好资源网(原物理ok网)

(1)利用平面向量的坐标运算即可证明$\overset{\longrightarrow}{AB} \cdot \overset{\longrightarrow}{CD} = 0$;jqG物理好资源网(原物理ok网)

(2)利用中点坐标公式和向量的数量积即可求得点E的轨迹C的方程;jqG物理好资源网(原物理ok网)

(3)利用向量垂直的条件:数量积为$0$和圆的性质即可求四边形ABCD内切圆的半径r的最大值。jqG物理好资源网(原物理ok网)

【解析】jqG物理好资源网(原物理ok网)

解:(1)证明:$\overset{\longrightarrow}{AB} = (4,0),\overset{\longrightarrow}{CD} = (\cos\theta - 1,\sin\theta + \alpha)$,所以$\overset{\longrightarrow}{AB} \cdot \overset{\longrightarrow}{CD} = 4(\cos\theta - 1) + \sin\theta\alpha = 4\cos(\theta + \alpha) = 0$,所以$\overset{\longrightarrow}{AB} \perp \overset{\longrightarrow}{CD}$;jqG物理好资源网(原物理ok网)

(2)因为点E是线段AB的中点,所以$E(\frac{3}{2},\frac{1}{2})$,又$\overset{\longrightarrow}{AE} = ( - \frac{1}{2},\frac{1}{2}),\overset{\longrightarrow}{EB} = ( - \frac{5}{2}, - \frac{3}{2})$,所以$\overset{\longrightarrow}{AE} \cdot \overset{\longrightarrow}{EB} = - \frac{5}{4} - \frac{3}{4} = - 1$,所以点E的轨迹C是以A、B为焦点的椭圆,且$a = \frac{5}{2},c = \frac{3}{2}$,所以$b^{2} = a^{2} - c^{2} = 4$,所以点E的轨迹C的方程为$\frac{x^{2}}{5^{2}} + \frac{y^{2}}{4^{2}} = 1$;jqG物理好资源网(原物理ok网)

(3)设$C(x_{1},y_{1}),D(x_{2},y_{2})$,则$\{\begin{matrix} x_{1}^{2} + y_{1}^{2} = 4 \\jqG物理好资源网(原物理ok网)

x_{2}^{2} + y_{2}^{2} = 4 \\jqG物理好资源网(原物理ok网)

\end{matrix}$,两式相减得$(x_{1} - x_{2})(x_{1} + x_{2}) + (y_{1} - y_{2})(y_{1} + y_{2}) = 0$,即$\overset{\longrightarrow}{AC} \cdot \overset{\longrightarrow}{AD} = 0$,所以四边形ABCD内切圆半径$r = \frac{|AC|}{|AB|} = \sqrt{(\frac{|AC|}{|AB|})^{2} - (\frac{|AC|}{|AB|} - 1)^{2}} =$$\sqrt{(\frac{|AD|}{|AB|} + 1)^{2} - (\frac{|ADjqG物理好资源网(原物理ok网)

高二物理平面向量压轴题相关例题:jqG物理好资源网(原物理ok网)

【例题】在直角坐标系中,已知向量$\overset{\longrightarrow}{OA} = (1,2)$,向量$\overset{\longrightarrow}{OB} = (5,0)$,向量$\overset{\longrightarrow}{OC} = (3,4)$,求向量$\overset{\longrightarrow}{AB}$、$\overset{\longrightarrow}{AC}$的坐标。jqG物理好资源网(原物理ok网)

【解析】jqG物理好资源网(原物理ok网)

由题意可知,向量$\overset{\longrightarrow}{AB} = \overset{\longrightarrow}{OB} - \overset{\longrightarrow}{OA} = (4, - 2)$,jqG物理好资源网(原物理ok网)

向量$\overset{\longrightarrow}{AC} = \overset{\longrightarrow}{OC} - \overset{\longrightarrow}{OA} = (2,2)$。jqG物理好资源网(原物理ok网)

【答案】向量$\overset{\longrightarrow}{AB}$的坐标为$(4, - 2)$,向量$\overset{\longrightarrow}{AC}$的坐标为$(2,2)$。jqG物理好资源网(原物理ok网)

【例题延伸】如果已知向量$\overset{\longrightarrow}{a}$、$\overset{\longrightarrow}{b}$满足$\overset{\longrightarrow}{a} = (3,4)$,$\overset{\longrightarrow}{b} = ( - 2,m)$,且向量$\overset{\longrightarrow}{a}$与向量$\overset{\longrightarrow}{b}$的夹角为锐角,求实数$m$的取值范围。jqG物理好资源网(原物理ok网)

【解析】jqG物理好资源网(原物理ok网)

由题意可知,向量$\overset{\longrightarrow}{a}$与向量$\overset{\longrightarrow}{b}$不共线,且向量$\overset{\longrightarrow}{a}$与向量$\overset{\longrightarrow}{b}$的夹角为锐角,jqG物理好资源网(原物理ok网)

则有$|\overset{\longrightarrow}{a}| > |\overset{\longrightarrow}{b}|$且$\overset{\longrightarrow}{a}$与$\overset{\longrightarrow}{b}$不平行。jqG物理好资源网(原物理ok网)

又$|\overset{\longrightarrow}{a}| = 5$,$|\overset{\longrightarrow}{b}| = 2$,jqG物理好资源网(原物理ok网)

所以有$5 > 2$且$- 4m \neq 3$,jqG物理好资源网(原物理ok网)

解得$m \neq - \frac{15}{4}$。jqG物理好资源网(原物理ok网)

【答案】实数$m$的取值范围为$( - \infty, - \frac{15}{4}) \cup ( - \frac{15}{4}, + \infty)$。jqG物理好资源网(原物理ok网)

高二物理平面向量压轴题和相关例题常见问题包括:jqG物理好资源网(原物理ok网)

1. 如何建立平面向量的坐标系来表示向量?jqG物理好资源网(原物理ok网)

2. 如何根据平面向量的坐标求向量的长度、角度等?jqG物理好资源网(原物理ok网)

3. 如何利用平面向量的加法、数乘运算律来求解问题?jqG物理好资源网(原物理ok网)

4. 如何利用平面向量的模长公式、数量积公式等来解决实际问题?jqG物理好资源网(原物理ok网)

5. 如何利用平面向量的三角形法则和平行四边形法则来求解向量问题?jqG物理好资源网(原物理ok网)

6. 如何利用平面向量的几何意义来解决一些向量问题?jqG物理好资源网(原物理ok网)

以下是一个例题:jqG物理好资源网(原物理ok网)

【例题】在平面直角坐标系中,已知向量$\overset{\longrightarrow}{a} = (x_{1},y_{1}),\overset{\longrightarrow}{b} = (x_{2},y_{2})$,求证:$\overset{\longrightarrow}{a} \cdot \overset{\longrightarrow}{b} = x_{1}x_{2} + y_{1}y_{2}$。jqG物理好资源网(原物理ok网)

【分析】jqG物理好资源网(原物理ok网)

根据平面向量的数量积的定义,可以得出$\overset{\longrightarrow}{a} \cdot \overset{\longrightarrow}{b} = x_{1}x_{2} + y_{1}y_{2}$的结论。jqG物理好资源网(原物理ok网)

【证明】jqG物理好资源网(原物理ok网)

$\overset{\longrightarrow}{a} \cdot \overset{\longrightarrow}{b} = (x_{1},y_{1}) \cdot (x_{2},y_{2}) = x_{1}x_{2} + y_{1}y_{2}$。jqG物理好资源网(原物理ok网)

【例题解析】jqG物理好资源网(原物理ok网)

假设已知向量$\overset{\longrightarrow}{a}$的方向向右,向量$\overset{\longrightarrow}{b}$的方向向上,则$\overset{\longrightarrow}{a} \cdot \overset{\longrightarrow}{b}$表示两个向量在同一直线上投影的乘积之和。因此,通过证明这个结论,可以解决一些与平面向量相关的实际问题。jqG物理好资源网(原物理ok网)

通过以上例题的分析和解答,可以加深对平面向量知识的理解,提高解决实际问题的能力。同时,还可以通过多做一些类似的练习题来巩固和提高自己的解题能力。jqG物理好资源网(原物理ok网)