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1、6.2平面向量的运算一、本节知识结构框图向量的加、减运算向量的数乘运算向量的线性运算向量的运算向量的数量积二、重点、难点重点：向量加、减运算的运算法则及其几何意义，向量数乘运算的定义及其几何意义，向量数量积的概念与运算律.难点：对向量加法运算法则与向量减法定义的理解，对向量数量积的概念及运算律的理解，向量数量积的应用.三、教科书编写意图及教学建议对于“运算”学生并不陌生，他们已经学习了数的运算、代数式的运算、集合的运算等，针对每一种代数运算无外乎要研究运算的背景、意义、法则、性质、应用等，从而建立相应的运算体系.平面向量运算内容的编写关注了以下两个方面：一是引导学生从物理、几何、代数三个角度理
2、解向量运算；二是引导学生类比数的运算研究向量的运算.向量运算的学习过程是培养学生逻辑推理、数学运算和直观想象素养的重要载体，中学数学中的平面向量运算主要包括向量的线性运算和向量的数量积.向量的线性运算包括向量的加法、向量的减法、向量的数乘运算.在向量的加、减运算中，加法运算是基本运算，减法运算是向量加法运算的逆运算，它们有各自的几何意义，并且可以互相统一；向量的数乘运算反映了一类向量共线向量间的关系.向量的概念源自物理学，所以向量运算也有相应的物理背景.本节引言首先从学生最为熟悉的数及其运算谈起，数有了运算才威力无穷.类似地，引入向量后也要研究其运算.对于向量的加法运算，教科书通过类比数的加法
3、，以位移的合成为背景引入向量加法的三角形法则，以力的合成为背景引入向量加法的平行四边形法则.这样做的主要目的是使加法运算的学习建立在物理背景之上，并关注学生对向量的和要从大小、方向两个方面来规定的理解，体会向量运算与数的运算的区别与联系，以帮助学生理解向量加法的本质.对于向量的减法，类比数的减法，减去一个数等于加上这个数的相反数，教科书先引入了相反向量的概念，然后引入向量的减法：减去一个向量等于加上这个向量的相反向量.对于向量的数乘，通过类比数的乘法，教科书从相同向量的连加入手引入了向量数乘运算.向量数乘运算的几何意义明显，通过这一几何意义讨论向量共线的条件，为后继学习平面向量基本定理奠定基础
4、.以物理中力所做的功为背景，教科书引入了向量的数量积.向量的数量积运算结果是实数，它不仅满足交换律，而且对加法满足分配律.向量数量积可以刻画两个向量的夹角和向量的长度（可以看成两点间的距离），而距离和角又是刻画几何元素（点、线、面）之间度量关系的基本量，因此，向量数量积在解决平面几何问题中发挥着独到的作用.综上可知，与数的运算类比，借助物理背景引入向量的相关运算是学习向量运算的重要方法.教学中，要引导学生类比数的运算，借助物理背景，给学生发现和提出向量运算的机会，有意识地培养学生的创新能力.6.2.1向量的加法运算1.向量加法的定义教科书从位移的合成与力的合成出发，引导学生考虑能否受它们的启发
5、引进向量的加法.具体地，教科书以学生熟悉的位移的合成为背景，设置了思考栏目.首先让学生回忆并感知物理中位移的合成，它可以看作是向量加法的物理模型；进而类比数的加法，给出向量加法的三角形法则.在此基础上，教科书给出向量加法的定义.教科书进一步挖掘学生的已有认知，以力的合成为背景，设置了思考栏目.教学中，教师要让学生回忆相关的物理知识，想到力的合成的平行四边形法则，画出力与的合力（图6-3），进而诱发学生从向量的角度看力的合成，引出向量加法的平行四边形法则.既然向量加法有两个法则，讨论两者是否一致顺理成章.如图6-4，由向量加法的三角形法则，.过点A作BC的平行线，过点C作AB的平行线，所作的两条
6、直线相交于点D，四边形ABCD是平行四边形.由平行四边形的性质得AD=BC，所以.由向量加法的平行四边形法则也可得出，所以向量加法的三角形法则与平行四边形法则是一致的.与数零的加法运算的规定类似，对任意向量与零向量相加，教科书中给出了相应的规定：.2.例1的教学例1是通过具体的例子帮助学生理解向量加法的概念，规范作两个向量的和的方法.本例分别用向量加法的三角形法则和平行四边形法则作两个向量的和.在向量加法的作图中，要让学生体会作法中任取一点O的依据我们研究的向量是自由向量.教学中，教师还要引导学生体会对于向量的有关作图，常常需要平移向量.运用向量加法的三角形法则作图时，要“首尾相接，再首尾连”
7、；运用向量加法的平行四边形法则作图时，则要强调两个向量的起点相同.3.共线向量的加法共线向量的加法与实数的加法非常类似，教科书安排学生探究共线向量的加法符合学生的认知基础，既让学生体会向量的加法与数的加法的联系与区别，也加强了学生对共线向量加法的理解.当两个向量共线时，（1）如果其中有一个向量为零向量，不妨设a=，则，这与实数的加法类似；（2）如果两个向量均不为零，则它们可以看作在数轴上的两个向量相加，其结果是一个向量，对应于数轴上的一条有向线段，而两个数相加，其结果是一个数，对应于数轴上唯一的一个点.容易看出，当向量共线时，以的终点作为的起点作出，就是连接的起点与的终点的向量（即首尾相接，再
8、首尾相连），此时也符合向量加法的三角形法则.教科书安排第9页“探究”（2）的目的是帮助学生认识向量的三角不等式.在数的加法中，有，且当且仅当时等号成立.对于向量的加法来说，探讨不等式是否还成立是十分必要的，这个三角不等式是欧氏空间中距离的一个重要性质.学生借助例1及第9页“探究”（1）的图形直观，不难得到下列结论.当不共线时，根据三角形两边的和大于第三边，.如图6-5，当方向相同时，.如图6-6，当方向相反时，-（或），其中当向量的长度大于向量的长度时，=-，当向量的长度大于向量的长度时，=-，因而当共线时，.由得，对于向量，.教学中，可以借助信息技术来探究不等式，通过改变，的位置（共线、不共
9、线和大小不同动态演示与的关系，从直观上加强对两个向量和的长度，与这两个向量各自长度的和的关系的理解.在第9页“探究”（2）中，学生还可能发现一些类似的关系式.例如，当向量，不共线时，不等式-0时，的方向与的方向相同；当0且1时，如图6-11，在平面内任取一点，作.则，.由作法知，有，所以，因此AOB. 所以，因此在同一条直线上，与的方向也相同. 所以，所以.当时，由图6-12可类似证明. 所以式也成立.3.向量的加法、减法、数乘运算统称为向量的线性运算.有了向量的线性运算，平面上的点（相对于一个定点）、线段（直线）就可以用向量表示，这就为向量法解决几何问题奠定了基础.线性运算的运算律包含了向量
10、加法、向量数乘的运算律，教学时，要让学生体会到这一点.4.例5、例6的教学例5要求学生运用向量数乘运算的运算律进行运算，掌握向量的线性运算.设置例6的目的，一方面是巩固向量线性运算知识，另一方面是用向量表示几何元素（点、线段等）.这是用向量方法证明几何问题的重要步骤，解答该题时要用到平行四边形的性质“平行四边形的两条对角线互相平分”.5.向量共线定理在学生对向量数乘运算已经有所了解的基础上，教科书设置了探究栏目，目的是进一步认识向量数乘运算的结果与原向量之间的位置关系.教学时，教师要引导学生依据向量的数乘运算展开讨论，发现并提出一些新问题，如对于向量，如果有一个实数，使，那么向量与共线吗？为什
11、么？反过来，已知向量，如果与向量共线，那么向量能用向量表示吗？鼓励学生尝试用自己的语言表示共线向量定理，发展学生的思维能力，体会数学的研究思路.最后师生共同概括出向量共线定理：向量与共线的充要条件是：存在唯一一个实数，使.对于基础较好的学生，教师可以引导学生用反证法证明定理中的值的唯一性：假设还存在另一个实数，使得，则，从而，由，得. 这与矛盾，所以.教学时，要对向量共线定理中有关“充要条件”“存在”“唯一”等文字表述给予解释，以帮助学生理解.同时，在教学中，教师还要揭示：数学中，人们总是追求用最少的量来表示一类问题.向量共线定理表明，对任意与非零向量共线的向量，都存在唯一一个实数，使.这实际
12、上就是说，任何非零向量构成一维向量空间的一个基.这种研究方法具有普遍性，也为后继学习平面向量基本定理奠定基础.6.例7、例8的教学例7给出利用向量共线判定三点共线的方法，这是证明三点共线常用的方法.教学中可以先让学生作图，通过观察图形得到A，B，C三点共线的猜想，再将平面几何中判断三点共线的方法转化为用向量共线证明三点共线.教学时，教师要启发学生分析题意，厘清思路，鼓励学生自行完成.另外，本题提供了一个很好的与信息技术整合的题材，教学中也可以通过信息技术工具作图，进行动态演示，揭示，变化过程中，A，B，C三点始终在同一直线上的规律.例8是向量共线的充要条件的一个应用，也体现向量线性运算与方程组
13、的综合应用.解题的关键是依据向量共线的充要条件，先列出向量的关系式，再转化为解方程组求t.教学时，要引导学生进行解题后的反思，体会其中严密的逻辑推理过程，积累运用向量运算解决问题的经验.6.2.4向量的数量积1.向量数量积的定义为引入向量的数量积运算，教科书首先启发学生思考：向量除了可以进行加、减运算以外，能否作乘法运算？如果能，运算如何规定？教科书以物理中力做功为背景引入向量的数量积.一个物体在力的作用下产生位移（图6-13），那么力所做的功其中是与的夹角.功W是一个数量，由向量，确定，其中涉及“长度”和“角”.因此，教科书先给出了向量的夹角的概念.教学时，注意让学生讨论两个向量的夹角的取值
14、范围.受功由向量，确定的启发，引进向量的数量积的定义.向量的数量积是一种新的向量运算，与向量的加法、减法、数乘运算一样，它也有明显的物理意义、几何意义，用途广泛.但与向量的线性运算不同的是，它的运算结果不是向量而是数量，正是这个不同点沟通了向量运算与数量之间的关系.教学时，教师要强调：两个非零向量的数量积是数量，而不是向量，它的值是两个向量的长度与两个向量夹角的余弦的乘积，其符号由夹角的余弦值决定；并且规定，零向量与任一非零向量的数量积为0.2.例9、例10的教学在例9中，给出的长度及与的夹角，就可以由向量数量积的定义求出.在例10中，给出的长度及与的数量积，由向量数量积的定义可以求出与b的夹
15、角的余弦，进而求出与的夹角.3.向量的投影为了理解向量数量积的定义和几何意义，研究向量数量积的运算律，教科书引入了向量投影及投影向量的概念.需要注意的是，向量在向量上的投影向量，不是线段的长度，它是与向量平行的向量.教学时，教师可以让学生说出向量在向量上的投影向量是什么，并通过图形加以直观解释.教科书第18页的探究栏目设置的目的，是想引导学生进一步探讨向量在向量上的投影向量与e（与b方向相同的单位向量），之间的关系（图6-14），以加深对投影向量的理解，进而会求一个向量在另一个向量上的投影向量.教学时，要让学生体会分类讨论、数形结合是研究投影向量等问题的重要数学思想.让学生分向量的夹角为锐角、
16、直角、钝角以及=0，=等情况进行讨论，得出如下关系成立：.在讨论向量在向量上的投影向量与e（与b方向相同的单位向量），a，的之间的关系时，可以发现，如果两个向量平行或垂直，向量a在向量b上的投影向量具有特殊性，由此需要讨论此时向量a与向量b数量积有怎样的特殊性.教学中，教师要让学生尝试发现相关的特殊结论，培养学生数形结合及一般到特殊的思维方法.这是教科书安排第19页探究栏目的目的.4.向量数量积的性质向量的数量积的运算结果是实数，可以用它来更加简洁地表述几何中的许多结果.例如，（1）（长度，由此可以导出两点间的距离公式）；（2）（直线垂直的条件）.对于教科书中给出的平面向量数量积的四条性质，教
17、师要强调各自的作用，如或是求向量的长度的工具，应用非常广泛.向量的数量积与数a，b的乘积ab（或ab）不同，所以书写时一定要把它们严格区分开，以免影响后面的学习.另外，还应要求学生会证明这些性质，培养他们的推理能力.向量的数量积是学生没有遇到过的一种新的运算，与数的乘法有联系，但也有很大的区别.教科书第19页边空中的问题，是让学生思考向量运算与实数运算的一个不同之处.教学中，要让学生先独立思考，并从数量积的定义中想清楚：当时，由ab=0，不能推出b一定是零向量.这是因为任一与a垂直的非零向量b，都满足ab=0.5.向量数量积运算的运算律与引进向量的线性运算时的做法一致，引进向量的数量积以后，考
18、察这种运算的运算律是非常自然的.教科书通过 “探究”，让学生类比数的乘法运算律探索向量数量积的运算律.教科书就分配律给出了详细证明，向量投影在证明过程中起到了关键作用.教学中，应当先让学生独立完成三个运算律的证明，然后教师做适当点拨和评价.关于运算的证明，关键是要引导学生得出向量在向量上的投影向量等于向量，在向量上的投影向量的和.为了说明这一点，如图6-15（1）（2），关键在于证明，由图容易得出，利用这一等式学生能方便地证明结论.在这个运算律的证明中难点是构造图形，教师在教学中可以先让学生动手画草图，再借助信息技术工具画出不同情形的辅助图形，帮助学生直观认识投影向量间的关系.6.教科书第21
19、页的思考栏目对于向量的数量积运算，学生容易受实数乘法运算性质的“负迁移”的影响，可能出现一些错误，教师要尽可能地引导学生举一些反例，纠正错误.为此，教科书安排了一个思考栏目，教学时要引导学生借助画图、举反例来澄清认识，体会向量运算与实数运算的差异.下面的解释供参考：对于实数a，b，c有（ab）c=a（bc），但对于向量，未必成立.这是因为表示一个与共线的向量，而表示一个与共线的向量，而与不一定共线，所以未必成立.学生对向量数量积的认识是逐步加深的，必要时，教师可以提醒学生画图或列表对比实数的乘法与向量的数量积运算的不同之处，或者再举一些反例强化学生的认识.例如，已知实数a，b，c（b0），则.但对向量的数量积，该推理不正确，即由，不一定能推出.由图6-16很容易看出，虽然，但.7.例11、例12和例13的教学为了巩固对向量数量积的定义及其运算律的理解，教科书设置了例11，例12和例13.在例11中，应用向量数量积的分配律推导出了和，这些结论与实数中的结论类似.例12是向量数量积及其运算律的综合应用，正确利用向量数量积的运算律是解题的关键.解答例13的关键是用向量的数量积表示向量与互相垂直，进而利用向量数量积的运算律进行化简，得到一个关于k的方程.学科网（北京）股份有限公司