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如何利用向量的数量积求最值或取值范围

如何利用向量的数量积求最值或取值范围

作者: 天马无空 | 来源:发表于2020-09-15 08:32 被阅读0次

    平面向量中的最值和范围问题,是一个热点问题,也是难点问题,这类试题的基本类型是根据给出的条件求某个量的最值、范围,如:向量的模、数量积、夹角及向量的系数.解决这类问题的一般思路是建立求解目标的函数关系,通过函数的值域解决问题,同时,平面向量兼具“数”与“形”的双重身份,解决平面向量最值、范围问题的另一个基本思想是数形结合.在高考各种题型均有出现如选择题、填空题和解答题,其试题难度属中高档题.


    利用向量的数量积m·n≤|m||n|求最值或取值范围

    方法二 利用向量的数量积m\cdot n \leqslant |m||n|求最值或取值范围

    使用情景:涉及数量积求平面向量最值问题

    解题步骤:

    第一步 运用向量的加减法用已知向量表示未知向量;

    第二步 运用向量的数量积的性质求解;

    第三步 得出结论.

    【例】 已知\triangle OAB的顶点坐标为O(0,0)A(2,9)B(6,-3), 点P的横坐标为14,且\overrightarrow{OP}=\lambda\overrightarrow{PB},点Q是边AB上一点,且\overrightarrow{OQ}\cdot \overrightarrow{AP}=0.

    (1)求实数\lambda的值与点P的坐标;

    (2)求点Q的坐标;

    (3)若R为线段OQ(含端点)上的一个动点,试求\overrightarrow{RO}\cdot(\overrightarrow{RA}+\overrightarrow{RB})的取值范围.

    【解析】

    (1)设P(14,y),则\overrightarrow{OP}=(14,y)\overrightarrow{PB}=(-8,-3-y)

    \overrightarrow{OP}=\lambda \overrightarrow{PB},得(14,y)=\lambda (-8,-3-y)

    解得\lambda=-\dfrac{7}{4}y=-7,所以点P(14,-7)

    (2)设点Q(a,b),则\overrightarrow{OQ}=(a,b)

    \overrightarrow{AP}=(12,-16),则由\overrightarrow{OQ}\cdot \overrightarrow{AP}=0,得3a=4b

    又点Q在边AB上,所以\dfrac{12}{-4}=\dfrac{b+3}{a-6},即3a+b-15=0

    联立①②,解得a=4b=3

    所以点Q(4,3)

    (3)因为R为线段OQ上的一个动点,

    故设R(4t,3t),且0 \leqslant t \leqslant 1,则\overrightarrow{RO}=(-4t,-3t)

    \overrightarrow{RA}=(2-4t,9-3t)\overrightarrow{RB}=(6-4t,-3-3t)

    \overrightarrow{RA}+\overrightarrow{RB}=(8-8t,6-6t)

    \overrightarrow{RO} \cdot (\overrightarrow{RA}+\overrightarrow{RB})=-4t(8-8t)-3t(6-6t)=50t^2-50t(0 \leqslant t \leqslant 1).

    t的取值范围内,最大值是0,最小值是-\dfrac{25}{2}

    \overrightarrow{RO}\cdot(\overrightarrow{RA}+\overrightarrow{RB})的取值范围为\left[-\dfrac{25}{2},0\right].

    【总结】其解题思路为:

    (1)由\overrightarrow{OP}=\lambda \overrightarrow{PB},根据向量共线,设出P点坐标即可得;

    (2)设出Q点坐标(a,b),根据\overrightarrow{OQ}\cdot \overrightarrow{AP}=0可得一个方程,然后利用QAB上利用向量共线得另一个方程,解方程组可得Q点坐标;

    (3)由R在线段OQ上可利用向量共线设R坐标(4t,3t),注意引入的变量t范围,然后分别表示出向量\overrightarrow{RO}\overrightarrow{RA}\overrightarrow{RB},利用数量积得出一个关于t的二次函数,求这个关于t的二次函数的最值即可得.

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