巧用向量解决几何问题

(整期优先)网络出版时间:2021-05-13
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巧用向量解决几何问题

彭煜

(陕西省丹凤中学 726200)

向量知识在几何问题中有着非常广泛的应用,在具体问题中,先用向量表示相应的点、线段、夹角等几何元素,然后通过向量运算来研究点、线段等几何元素之间的关系,最后将结论转化为几何问题,特别是在有些情况下,应用向量还能起到事半功倍的效果,下面就举几个简单的例子。

一、利用向量求直线夹角

例1 已知直线,609ce94f9c574_html_2844ca9505fb6ac5.gif609ce94f9c574_html_4da99f683e21b12e.gif609ce94f9c574_html_ffde67c9010a236b.gif609ce94f9c574_html_f28e03d27e3f98c7.gif 夹角的余弦值。,

解:由直线方程知道609ce94f9c574_html_ec0c85db64ed881c.gif609ce94f9c574_html_984af7910ea7e5ba.gif 的方向向量分别为609ce94f9c574_html_b59fb8223a7ac882.gif

609ce94f9c574_html_ec0c85db64ed881c.gif609ce94f9c574_html_984af7910ea7e5ba.gif 夹角的余弦值即为609ce94f9c574_html_f1eb83721db66d15.gif 所成角的余弦值或其相反数,设609ce94f9c574_html_f1eb83721db66d15.gif 夹角为609ce94f9c574_html_f251f0eb38f9f0fb.gif

609ce94f9c574_html_8000ad9fd8b41479.gif

所以609ce94f9c574_html_ec0c85db64ed881c.gif609ce94f9c574_html_984af7910ea7e5ba.gif 夹角的余弦值即为609ce94f9c574_html_4d98b931f079f1f7.gif

  1. 利用向量研究直线的垂直与平行

例2 已知两直线609ce94f9c574_html_70230e675d5705a3.gif609ce94f9c574_html_9d08de1d0f3fa3ae.gif

  1. 如果609ce94f9c574_html_984af7910ea7e5ba.gif ,求609ce94f9c574_html_8063f48ab007dc47.gif 的值;

  2. 如果609ce94f9c574_html_7cda45f98603a7f9.gif ,求609ce94f9c574_html_8063f48ab007dc47.gif 的值。

解:由直线的方程可得直线的法向量分别为:609ce94f9c574_html_209c805f150cc2b1.gif609ce94f9c574_html_11ef8a8df4731f74.gif

609ce94f9c574_html_da834ee7bb0fc6da.gif609ce94f9c574_html_a4ca6aae007fbf3e.gif609ce94f9c574_html_fe30fcee9c9d8128.gif ,解得:609ce94f9c574_html_33d9f885bfbdab71.gif609ce94f9c574_html_125321d8f281266a.gif

609ce94f9c574_html_c4d591cc9c84c88a.gif 时,609ce94f9c574_html_7f8bbd78c18adcd1.gif609ce94f9c574_html_cdf43c90b448b1dd.gif 重合,609ce94f9c574_html_dd5d2ad4b04a4c84.gif

609ce94f9c574_html_4dffe29232e5c896.gif609ce94f9c574_html_c17d35cf68f3d9a1.gif609ce94f9c574_html_6c7bd55452d6eb56.gif609ce94f9c574_html_e309234a542d5e7a.gif


  1. 利用向量求解曲线方程

例3 已知两点609ce94f9c574_html_b30a4a47fe47027d.gif ,试求以609ce94f9c574_html_e048d88c7c0350fe.gif 为直径的圆的方程。

解:设609ce94f9c574_html_5c751ad826d8025.gif 为圆上任意一点,则609ce94f9c574_html_ac05d7f7e44b68cc.gif609ce94f9c574_html_a973f2c3f4e36366.gif ,

609ce94f9c574_html_12c6738d5b9ad73c.gif609ce94f9c574_html_19bba794d976a54a.gif

609ce94f9c574_html_725e1bea12db8625.gif 即为所求圆的方程。

四、利用向量证明几何问题

例4 已知609ce94f9c574_html_462993a30cda1959.gif ,证明:四边形609ce94f9c574_html_49d496450e262990.gif 为矩形。

证明:609ce94f9c574_html_ca2e6dbdd3469d41.gif ,609ce94f9c574_html_35e4da49b94397c2.gif

609ce94f9c574_html_fc30cdcaf9579f99.gif ,所以四边形609ce94f9c574_html_9c5171e9181b4ac3.gif 为平行四边形。

609ce94f9c574_html_cec5229389eff384.gif ,609ce94f9c574_html_1ddf91c3e8f0280e.gif ,609ce94f9c574_html_2e81829ad892d045.gif

所以四边形609ce94f9c574_html_8525c2001bdf39d4.gif 为矩形。

当然向量在几何问题当中还有好多方面的应用,在这里仅举几个简单的例子以说明向量的应用问题,巧用向量,就能很容易地解决相关问题。