高中数学人教版把平面向量作为处理平面问题的工具(如两点距离公式,向量共线定理,向量垂直,定比分点坐标公式,平移,夹角等)。尤其是垂直与共线问题,使用向量垂直与向量共线比传统方法简单许多。

例1. 过定点A(a,b)任作互相垂直的两直线

高中数学共线定理和推论助力高考(高中数学向量垂直)(1)

,且

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轴交于M点,

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轴交于N点,求线段MN中点P的轨迹方程。

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解:设

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,由中点坐标公式得

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则向量

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因为

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所以

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整理得

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该解法避开斜率,不再分斜率存在和不存在两种情况进行讨论,也就不存在丢掉斜率不存在的情况,同时也简化了计算。该题的实质是向量垂直的应用。

例2. 设圆

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,过原点O作圆的任意弦,求所作弦的中点P的轨迹方程。

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解:设,圆心

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,则由圆的性质知

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,则

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所以

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所以

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整理得:

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该解题法较多,但直接用斜率,仍需讨论。利用向量垂直,简单且不用讨论。该题的实质也是向量垂直的应用。

例3. 已知椭圆

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,直线

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,P是上一点,射线OP交椭圆于点R,又点Q在OP上且满足

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。当点P在上移动时,求点Q的轨迹方程,并说明轨迹是什么。

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解:设

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,由题意知

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不同时为零,则

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因为

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共线且向量

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同向

所以

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都是正数

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在上,

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所以

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整理得:

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显然

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在其上,但不满足题意,应舍去。

∴点Q的轨迹是以(1,1)为中心,长半轴长为

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,短半轴长为

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,且长轴与x轴平行的椭圆,去掉坐标原点。

该题的实质是向量共线的应用。设出Q点坐标,利用共线得P和R的坐标及向量

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关系,找到

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的关系,再利用点P在直线上,点R在椭圆上找到x,y关系,从而使问题得到解决。

例4. 已知椭圆

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的右准线

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轴相交于点E,过椭圆右焦点F的直线与椭圆相交于A、B两点,点C在右准线上,且

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轴。求证:直线AC经过线段EF的中点。

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证明:依题设得椭圆的半焦距c=1,右焦点为F(1,0),右准线方程为

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,点E的坐标为(2,0),EF的中点

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若AB垂直于x轴,则

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则AC中点为

即AC过EF中点N,若AB不垂直于x轴,由直线AB过点F,且由BC//x轴知点B不在x轴上,故直线AB的方程为

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联立

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,消去y得

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,且

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都在

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所以

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共线,故三点A、N、C共线,即直线AC经过线段EF的中点N。

大多数同学能做到消元后得两根之和与两根之积,有的能得到AN与CN的斜率,但能证两斜率相等的同学不多。因为要证两斜率相等,必先找到

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的关系,而该关系是通过两根之和与两根之积给出的,必须构造出两根之和与两根之积:可通过作差去构造,实质是作差法证相等。

上面的解法中,我们利用直线AC过点N时,三点A、C、N共线,利用向量共线定理充要条件,化简后直接用到两根之和与两根之积,使问题解决。体现出向量共线定理直接给出坐标之间的内在关系,不用我们再去作差构造了。从而可见向量共线解决解析几何问题的优越性。

解析几何中的垂直、共线问题,应这样用:垂直问题,先设坐标,利用数量积为零找坐标联系,再与两根之和、两根之积联系起来去求,如

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,可设,,则

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,则

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,联立方程消元后用韦达定理求。共线问题,先设坐标,利用共线找坐标的内在联系,结合韦达定理求。尤其是那些隐性的共线关系,一定要先化简找到共线关系再去求。定比分点问题的实质也是共线问题。

解析几何中的垂直、共线问题,可以用老教材中的传统方法,也可以用向量垂直、向量共线这些方法,不仅可省去某些讨论(如斜率存在不存在),也可直接抓住坐标的内在联系,不用我们再去费尽心血去构造了。

▍ 来源:综合网络

▍ 编辑:Wordwuli

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