平面向量是解決數(shù)學(xué)問題的有力工具,能夠建立起“數(shù)”與“形”的關(guān)系,使得數(shù)學(xué)中的數(shù)形結(jié)合思想發(fā)揮應(yīng)有的作用,所以向量問題往往能體現(xiàn)一題多解的優(yōu)勢,下面以一道模擬題為研究對象,從多角度展開解答,并對題型、解題思路和知識點的聯(lián)系進行了思考.
1 題目呈現(xiàn)
已知平面中的非零向量 a,b,c ,滿足 .b?c=0,a?b=1,a?c=-1 ,則 |b+c| 的最小值為( )
(A)4. (B)2. (C)1. (D)
分析題目涉及三個平面非零向量 a,b,c ,綜合考查了平面向量的模和數(shù)量積運算,以及平面向量的加法運算.在解法上,可以從兩個方面進行思考:一方面是向量本身,從平面向量知識結(jié)構(gòu)看,可以通過線性運算進行處理問題,就是很多地方提出的幾何法.當(dāng)然也可以建立平面直角坐標(biāo)系,利用向量的坐標(biāo)進行解答;另一方面可以從問題角度分析,問題是要求一個向量的最小值,則可以考慮基本不等式、函數(shù)思想和三角代換等角度考慮.下面具體展開討論.
2 問題解答
2. 1 坐標(biāo)法
解 因為
不妨設(shè) a=(1,0) .向量 b,c 未知,
則分別設(shè)為 b=(x1,y1) ! c=(x2,y2) :
已知 b?c=0 ,
所以 x1x2+y1y2=0 :
因為 a?b=1,a?c=-1
所以 x1=1,x2=-1
所以 b=(1,y1) , c=(-1,y2) ,
則 b+c=(0,y1+y2) ,
y1y2=1
所以
當(dāng)且僅當(dāng) y1=y2=±1 時等號成立.
所以 |b+c| 的最小值為2.
故選(B).
思考根據(jù)向量的坐標(biāo)運算,將各個向量的坐標(biāo)假設(shè)出來,問題全部轉(zhuǎn)化為向量坐標(biāo)的相關(guān)運算,這樣相對難度比較低,完全是數(shù)的體現(xiàn),所以平面向量的問題,能轉(zhuǎn)化為坐標(biāo)進行運算的,優(yōu)先考慮坐標(biāo)運算.不過在解答過程中,最終得到 |b+c|= 后,處理方式也是關(guān)鍵,這里是選擇了基本不等式,當(dāng)然也可以用函數(shù)思想進行求解.解題的基本思路是先確定好坐標(biāo),或者建立直角坐標(biāo)系,得到向量的坐標(biāo),然后根據(jù)向量的坐標(biāo)表示進行運算即可.
2.2 三角代換法
解設(shè)向量 與
的夾角為 α,a 與 c 的夾角為 β
因為 a?b=1,a?c=-1
所以
又因為 b?c=0,a?c=-1
所以 :
根據(jù)向量數(shù)量積的定義,因為 a?b=1 |a|=1 ,
所以有 |b|cosα=1 ,即
又
所以 ,即
所以
=2 ,當(dāng)且僅當(dāng) sinα=cosα 時等號成立.
所以 |b+c| 的最小值為2.
故選(B).
思考該思路是根據(jù)平面向量的數(shù)量積與其夾角有關(guān),所以分別將向量 與
的夾角和
與 c 的夾角設(shè)出來,然后根據(jù)已知找到他們的關(guān)系,利用向量的數(shù)量積運算,將問題轉(zhuǎn)化為三角函數(shù)問題進行處理.將“形”與“數(shù)”巧妙地結(jié)合,根據(jù)向量的夾角轉(zhuǎn)化為三角函數(shù)后,利用三角恒等變換和同角三角函數(shù)的基本關(guān)系及其應(yīng)用進行解答.答題的基本思路就是設(shè)出相關(guān)向量的夾角,再根據(jù)向量的相關(guān)運算轉(zhuǎn)化三角函數(shù)問題,最后根據(jù)三角函數(shù)求最值的思路進行.
2.3 特殊形狀法
解 因為 b?c=0 所以 與 ∣c∣ 是一矩形的鄰邊.
要求的 ∣b+c∣ 是以 ∣b∣,∣c∣ 為鄰邊的矩形的對角線.
即 |b+c|=|b-c|
要使矩形的對角線最短,則為正方形,即|b|=|c| :
因為 所以此時 b+c 與
垂直時取得最小值所以 |b+c|?2|a|=2.
所以 的最小值為2.
故選(B).
思考該方法針對選擇題,從“形”的角度切人,通過形進行分析,從幾何特征考慮,得出|b+c| 是以 為鄰邊的矩形的對角線,要使矩形的對角線最短,則為正方形,即 |b|=|c| .而根據(jù)已知
,要取最小值須b+c 與
垂直,為特殊位置考慮.解題的一般依據(jù)是:涉及動點或動直線的最值問題,是位置特殊化;涉及面積的最值則是形狀特殊化;涉及變量的最值則是變量的特殊值處理.但也不是絕對性的.
3結(jié)語
文章從一道平面向量題出發(fā),根據(jù)題目特征和知識作用,從坐標(biāo)法、三角代換法和特殊形狀及特殊位置等多視角對題目進行解答.坐標(biāo)法是解決向量問題的最基本和最直接的解法,在解答向量問題時應(yīng)該優(yōu)先考慮;三角代換是由于在利用向量的數(shù)量積運算時涉及夾角,從而與三角函數(shù)有關(guān),而三角函數(shù)本身就是求最值的有力辦法,所以將向量最值問題轉(zhuǎn)化為三角函數(shù)進行解答也是常見的方法之一;特殊法主要針對選擇題,一般情況下,要取得最值是特殊值、特殊位置和特殊形狀的時候,所以本題是根據(jù)題目先對形狀進行了特殊,再對位置進行特殊,最終得到結(jié)果.
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