第 六 章 · 必修第二册

平面向量及其应用

向量是"带方向的数"——它让几何问题变成代数运算。本章从向量的概念与运算入手,建立基底与坐标两套语言,最后用正弦定理、余弦定理解三角形,把向量变成解决几何与物理问题的利器。

6.1 平面向量的概念

概念既有大小,又有方向

向量是具有大小和方向的量,用有向线段 AB(起点 A 指向终点 B)或黑体字母 a 表示。线段 AB 的长度叫向量的模,记作 |AB|。

特殊向量:
① 零向量 0:长度为 0,方向任意(约定与任何向量平行);
② 单位向量:长度为 1 的向量(方向可各不相同——"单位向量都相等"是错的!);
③ 相等向量:长度相等且方向相同(与起点位置无关);
④ 平行向量(共线向量):方向相同或相反的非零向量。
易错:|a| = |b| 推不出 a = b(方向可能不同);向量可以平移,自由向量与位置无关。

操作向量展示器(拖动端点)

拖动 ● A 与 ● B 改变向量 AB,观察模、方向角以及它的单位向量、相反向量:

蓝箭 = 单位向量(模恒为 1,方向同 AB);灰虚箭 = 相反向量 BA。任你怎么拖,单位向量的"长度"始终不变。

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6.2 平面向量的运算

概念加减、数乘与数量积

运算法则要点
加法三角形法则(首尾相接)/ 平行四边形法则(共起点)和向量从起点指向终点
减法a − b = a + (−b)共起点时,差向量指向被减数
数乘 λa|λ| 倍长度;λ>0 同向,λ<0 反向λa 与 a 共线
数量积a·b = |a||b|cos θ结果是数量不是向量!θ 为夹角
数量积性质:a⊥b ⇔ a·b = 0;a·a = |a|²;投影 = |b|cosθ(b 在 a 方向上的投影长度)。运算律:交换律成立,分配律成立,但结合律不成立((a·b)·c 无意义)。

操作向量运算实验室 ⭐

拖动 ● a 与 ● b 的终点,选择运算类型实时观看几何构造:

选"a·b 与夹角"后拖动 b:当两向量垂直(θ=90°)时数量积恰好变成 0;共线同向时达到最大 |a||b|。

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6.3 平面向量基本定理及坐标表示

概念基底分解与坐标运算

平面向量基本定理:若 e₁、e₂ 是同一平面内不共线的两个向量,则任意向量 a 都可表示为 a = λ₁e₁ + λ₂e₂,且表示方式唯一。{e₁, e₂} 称为一组基底。

取标准正交基 i、j,就得坐标:a = (x, y)。坐标运算:

a + b = (x₁+x₂, y₁+y₂); λa = (λx, λy); a·b = x₁x₂ + y₁y₂
两个重要公式:
模:|a| = √(x² + y²); 夹角:cos θ = (x₁x₂ + y₁y₂) / (√(x₁²+y₁²) · √(x₂²+y₂²))
共线判定:a ∥ b ⇔ x₁y₂ − x₂y₁ = 0

操作基底分解器

拖动 ● e₁、● e₂ 改变基底,再拖 ● a:平行四边形框架实时给出分解式 a = λ₁e₁ + λ₂e₂:

无论基底怎么斜,同一个 a 的分解系数 λ₁、λ₂ 都唯一确定——这就是"基本定理"。切到标准正交基时,λ₁、λ₂ 恰好变成 a 的坐标。

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6.4 平面向量的应用 · 解三角形

概念正弦定理与余弦定理

余弦定理:a² = b² + c² − 2bc·cos A (A 为边 a 的对角)
正弦定理:asin A = bsin B = csin C = 2R(R 为外接圆半径)
选型口诀:已知"两边夹角"(SAS) 或三边(SSS) → 余弦定理;已知"两角一边"(AAS/ASA) 或两边对角(SSA,注意多解) → 正弦定理。面积公式:S = ½ab·sin C。

操作解三角形实验室(SAS:两边夹角)

拖动 a、b、∠C 三个滑块(SAS 类型),三角形按真实比例重画,余弦定理求第三边、正弦定理求其余角:

把 ∠C 拖到 90°:c² 恰好等于 a² + b²——勾股定理是余弦定理的特例。再把 ∠C 拖大超过 90°,观察 cos C 变负、c² 反而比 a²+b² 更大。

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