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三点共线的充要条件:已知O、A、B是不共线的三点,且存在实数x,v使得OP=xOA+yOB,则A、B、P三点共线的充要条件是x+y=1。
这是三点共线的一个充要条件,主要以向量形式表述,用其来解决一些与三点共线有关的问题,显得非常简便和巧妙。举例如下:
一、解决与三点共线有关的求值问题
如图中ABC,AN=13AC,P是BN上的一点,若AP=mAB+211AC,则m的值为.
解:AN=13AC,
AP=mAB+211AC=mAB+611AN
又B、P、N三点共线,
m+611=1
m=511
本题直接利用三点共线的向量式中x+y=1来解决.
2.ABC中,O点是BC的中点,过点O的直线分别交直线AB、AC于不同的两点M、N。若AB=mAM,AC=nAN,则m+n=.
解:AO=12AB+12AC
又AB=mAM,AC=nAN
AO=m2AM+n2AN
又O、M、N三点共线,
m2+N2=1
即m+n=2
3.变式:ABC中,点O是BC的中点,K为AO上一点,且AO=2AK.过点K的直线分别交直线AB、AC于不同的两点M、N。若AB=mAM,AC=nAN,则m+n=.
解:AO=12AB+12AC
AB=mAM,AC=nAN
AO=m2AM+n2AN,
又AO=2AK
2AK=m2AM+n2AN
AK=m4AM+n4AN
又K、M、N三点共线,
m4+n4=1即m+n=4
以上两题实质都是以AO为桥梁,利用三点共线的充要条件整体求值,体现了三点共线的向量式x+y=1中在求值问题(尤其是整体求值) 中的重要作用.
二、在向量的表示中的应用
4.ABC中,点E在AB边上,F在边AC上,且AE=2EB,AF=13FC,BF与CE交于点M,设AM=xAE+yAF,则x+y=.
解法一:
E、M、C三点共线,
设AM=mAE+(1-m)AC
又AC=4AF
AM=mAE+4(1-m)AF①
B、M、F三点共线
设AM=nAB+(1-n)AF
又AB=32AE
AM=32nAE=(1-n)AF②
又AE,AF又不共线, 32n=m1-n=4(1-m)
解得m=910n=35,AM=910AE+410AF
x+y=1310
此种解法主要通过两组三点共线的向量式设定系数,用同一组基底来表示向量AM,再结合平面向量基本定理求解系数。
解法二
AE=23AB
AM=xAE+yAF=23xAB+yAF
又B、M、F三点共线
23x+y=1①
AF=13AC
AM=xAE+13yAC
又E、M、C三点共线,
x+13y=1②
由①②可得x=910,y=410
x+y=1310
此种解法直接由题目中给出的向量表示形式,变形出两组三点共线的向量表示结构,结合三点共线的向量式中x+y=1列方程组求解。在此类向量表示的题目中,利用三点共线的充要条件(向量式)解决显得更为清晰、简洁巧妙。
三、解决几何图形中,点的定位问题
5.ABC中,O为外心,且AO=xAB+yAC,x+2y=1,AB=2,AC=3求cos∠BAC.
解析AO=xAB+yAC
AO=xAB+2y·12AC
设D为AC的中点,则AO=xAB+2yAD
又x+2y=1,则O、B、D三点共线。
又O为三角形的外心,则O在线段AC的垂直平分线上,所以BD垂直且平分AC.
所以ABC是等腰三角形,AB=BC=2,易得cos∠BAC=34。
本题关键之处是通过变形巧妙凑出三点共线的向量式,再结合向量的几何表示,对点O进一步定位,使问题得以解决。
6.已知P为ABC内一点,且3PA+4PB+5PC=0,则PAB与ABC的面积之比为( )
A. 14B. 13 C. 512 D.712
解析:3PA+4PB+5PC=0
5CP=3PA+4PB
57CP=37PA+47PB
设PD=57CP,则D、A、B三点共线。
|PD|=57|CP|
SABPSABC=512,选C。
本题同样是通过对向量式进行变形,凑系数和为1,再结合几何图形来对关键点P定位,从而使问题迎刃而解。在几何(尤其是研究图形性质)问题中,三点共线向量式的运用更具技巧性。
四、解决有关区域或范围问题
7.设P是ABC内部的一点,且满足AP=xAB+yAC,则2x+y的取值范围是.
解:P在ABC内部,延长AP交BC于点D,由D、B、C三点共线,
则设AD=mAB+nAC,(m>0,n>0,m+n=1)
AP=tAD(0
则AD=mtAB+ntAC,
设mt=x,nt=y则x+y=t(m+n)=t>1则有x>0y>0x+y
由此题可对三点共线的充要条件加以延伸:
当t
当t=1,即x+y=1时,点A和点P在直线BC上;
当t>1,即x+y>1时,点A和点P在直线BC的异侧;
8.下列各式中,能使点落在如右图所示的阴影区域内的有.
① OP=OA+2OB②OP=13OA+34OB
③OP=-OA+OB ④OP=-12OA+OB
由7题结论可知选①②.
通过对三点共线充要条件加以延伸,使得我们可以更深刻理解数与形之间的对应关系,对一些区域或范围问题解决起来更为顺畅。