竞赛中的向量和向量方法
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向量和向量方法
(本讲适合高中)
空间向量(二维或三维)作为线性代数的重要组成部分,在高等代数研究中多被用做印证定理的实际例子,有着广泛的应用.2001年高中课改后,这个更接近现代数学的数学工具,被引入到高中的数学学习中来.由于向量同时具有数与形两方面的特征,能把形的问题转化为代数问题,又能将代数式转变为具体的图形,近几年来,在数学竞赛中的运用越来越灵活.这里,就全国高中数学联赛试题中涉及的一些向量问题作一些探究.
一、有关知识:
(1) 共线向量定理: 存在唯一的实数 使得 .
(2) 平面向量基本定理:设向量 为平面内两个不共线的向量,则对于平面内任意一个向量 ,有且仅有唯一的有序实数对 使得 .
(3) 若 ,则 三点共线的充要条件是 .定比分点公式:若点 在直线 上,且 , 为任意一点,则 .
(4) 对于向量 , .
(5) 设 为两个向量,则 , .
(6) 空间向量基本定理:设向量 为空间中三个不共面的向量,则对于空间中任意一个向量 ,有且仅有唯一的有序实数组 使得 .
若 ,则 四点共面的充要条件是 .
(7) 两向量的夹角公式: ;向量模长公式: ;点 到平面 的距离公式: (其中 是以点 为起点,以平面 内任意一点为终点的一个向量, 是平面 的一个法向量).
(8) 三角形中“四心”的向量形式:
重心:若 为 的重心,则 ;
垂心:若 为 的垂心,则(1) ;
(2) ;
外心:若 为 的外心,则 ;
结合垂心有: ;
内心:若 为 的内心,则 .
二、赛题分析:
§1几何中的运用
例1.(2004年全国高中联赛)设 点在 的内部,且有 ,则 的面积与 的面积之比为( )
A. B. C. D.
【分析及解答】
思路1:题目中所给的为三个起点相同的向量,可考虑将其化为两个向量的线性和,继而得到共线向量.
如图1,取 中点 , 中点 ,则有 , ,
故 ,
即 ,
所以 三点共线且 ,
故选C.
【说明】此思路借助向量共线定理,巧妙地转化了线段长度
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