极化恒等式及应用
1.极化恒等式
通过人A必修二P22练习3题我们可以知道,在平面向量中,由(a+b)2=a2+b2+2a·b,(a-b)2=a2+b2-2a·b,两式相减可得极化恒等式:a·b=14[(a+b)2-(a-b)2
2.几何解释
(1)平行四边形模型:向量的数量积等于“和对角线长”与“差对角线长”平方差的14,即a·b=14[(a+b)2-(a-b)2])(如图
(2)三角形模型:向量的数量积等于第三边的中线长与第三边边长的一半的平方差,即AB·AC=AM2-MB2(M为BC的中点)(如图
极化恒等式表明,向量的数量积可以由向量的模来表示,可以建立起向量与几何长度之间的等量关系.
一、利用极化恒等式求值
(1)设向量a,b满足|a+b|=10,|a-b|=6,则a·b=()
A.1 B.2
C.3 D.5
(2)如图,在平行四边形ABCD中,AB=1,AD=2,点E,F,G,H分别是AB,BC,CD,AD边上的中点,则EF·FG+GH·HE=.
听课记录
规律方法
利用向量的极化恒等式可以快速对共起点(终点)的两向量的数量积问题进行转化,建立了向量的数量积与几何长度(数量)之间的桥梁,实现向量与几何、代数的巧妙结合,对于不共起点和不共终点的问题可通过平移等价转化为共起点(终点)的两向量的数量积问题,从而利用极化恒等式解决.
二、利用极化恒等式求最值(范围)
(1)已知正方形ABCD的面积为2,点P在边AB上,则PD·PC的最大值是()
A.92 B.
C.32 D.
(2)边长为1的正方形内有一内切圆,MN是内切圆的一条弦,点P为正方形四条边上的动点,当弦MN的长度最大时,PM·PN的取值范围是.
听课记录
变式如图,正方体ABCD-A1B1C1D1的棱长为2,MN是它的内切球球O的一条弦(球面上任意两点连成的线段为球的弦),P为正方体表面上的动点,当弦MN的长度最大时,试求PM·PN的取值范围.
规律方法
利用极化恒等式求数量积的最值(范围)时,关键在于取第三边的中点,找到三角形的中线,再写出极化恒等式.难点在于求中线长的最值(范围),可通过观察图形或用点到直线的距离等求解.
1.如图,BC,DE是半径为1的圆O的两条直径,BF=2FO,则FD·FE=()
A.-34B.-89 C.-14
2.在半径为1的扇形AOB中,∠AOB=60°,C为弧AB上的动点,AB与OC交于点P,则OP·BP的最小值为()
A.-116 B.-
C.116 D.
3.如图,在△ABC中,D是BC的中点,E,F是AD上的两个三等分点,BA·CA=4,BF·CF=-1,则BE·CE的值是.
4.已知直线ax+by+c=0与圆O:x2+y2=16相交于M,N两点,若c2=a2+b2,P为圆O上的任意一点,则PM·PN的取值范围为.
5.已知△ABC是边长为2的等边三角形,P为平面ABC内一点,试求PA·(PB+PC)的最小值.