2.2.3向量数乘运算及其几何意义(教学设计)

SCH高中数学（南极数学）同步教学设计（人教A版必修4第二章）12.2.3向量数乘运算及其几何意义（教学设计）一、知识与能力：1、理解掌握向量数乘运算及其几何意义，数乘运算的运算律，并能熟练运用定义、运算律进行有关计算。2、理解掌握向量共线定理及其证明过程，会根据向量共线定理判断两个向量是否共线。3、通过向量数乘运算的学习和探究，培养学生的观察、分析、归纳、抽象思维能力，以及运算能力和逻辑推理能力。二、过程与方法：1．经历向量加法三角形法则和平行四边形法则的归纳过程；2．体会数形结合的数学思想方法.三、情感、态度与价值观：培养对现实世界中的数学现象的好奇心，学习从数学角度发现和提出问题．教学重点:实数与向量的积的定义、运算律，向量共线的充要条件．教学难点:向量共线的充要条件．一、复习回顾，新课导入探究：已知非零向量a，作出a+a+a和(-a)+(-a)+(-a)，并说明它们的几何意义.类似数的乘法，把a+a+a记作3a，显然3a的方向与a的方向相同，3a的长度是a的3倍，即|3a|=3|a|.同样，(-a)+(-a)+(-a)=3(-a)，显然3(-a)的方向与a的方向相反，3(-a)的长度是a的3倍，这样3(-a)=-3a.由学生作图，归纳几何意义，教师补充完善，引出本节课所学的内容。二、师生互动，新课讲解1．定义：实数与向量a的积是一个向量，称为向量的数乘，记作a，它的长度与方向规定如下：（1）|a|=|||a|；（2）当0时，a的方向与向量a的方向相同；当0时，a的方向与a的方向相反.2．特别地，当=0或a=0时，a=0；当=-1时，(-1)a=-a，就是a的相反向量.3．实数与向量的积的运算律设、为实数，那么（1）(a)=()a；（结合律）（2）(+)a=a+a；（第一分配律）（3）(a+b)=a+b.（第二分配律）结合律证明：如果λ=0，μ=0，a=0至少有一个成立，则①式成立如果λ0，μ0，a0有：|λ(μa)|=|λ||μa|=|λ||μ||a||(λμ)a|=|λμ||a|=|λ||μ||a|∴|λ(μa)|=|(λμ)a|SCH高中数学（南极数学）同步教学设计（人教A版必修4第二章）2如果λ、μ同号，则①式两端向量的方向都与a同向；如果λ、μ异号，则①式两端向量的方向都与a反向。从而λ(μa)=(λμ)a第一分配律证明：如果λ=0，μ=0，a=0至少有一个成立，则②式显然成立如果λ0，μ0，a0当λ、μ同号时，则λa和μa同向，∴|(λ+μ)a|=|λ+μ||a|=(|λ|+|μ|)|a||λa+μa|=|λa|+|μa|=|λ||a|+|μ||a|=(|λ|+|μ|)|a|∵λ、μ同号∴②两边向量方向都与a同向即：|(λ+μ)a|=|λa+μa|当λ、μ异号，当λμ时②两边向量的方向都与λa同向当λμ时②两边向量的方向都与μa同向还可证：|(λ+μ)a|=|λa+μa|∴②式成立第二分配律证明：如果a=0，b=0中至少有一个成立，或λ=0，λ=1则③式显然成立当a0，b0且λ0，λ1时1当λ0且λ1时在平面内任取一点O，作OAaABb1OAλa11BAλb则OBa+b1OBλa+λb由作法知：AB∥11BA有OAB=OA1B1|AB|=λ|11BA|∴||||||||111ABBAOAOAλ∴△OAB∽△OA1B1∴||||1OBOBλAOB=A1OB1因此，O，B，B1在同一直线上，|1OB|=|λOB|1OB与λOB方向也相同λ(a+b)=λa+λb当λ0时可类似证明：λ(a+b)=λa+λb∴③式成立特别地，有(-)a=-(a)=(-a)，(a-b）=a-b.例1（课本P88例5）计算：（1）(-3)4a;（2）3(a+b)-2(a-b)-a;（3）(2a+3b-c)-(3a-2b+c).解：（1）原式=(-34)a=-12a;OABB1A1AOBB1A1SCH高中数学（南极数学）同步教学设计（人教A版必修4第二章）3（2）原式=3a+3b-2a+2b-a=5b;（3）原式=2a+3b-c-3a+2b-c=-a+5b-2c.变式训练1：设a、b是两个不平行的向量，且x(2a+b)+y(3a-2b)=7a,x,yR，则x=____，y=_____.(x=2,y=1)4.向量共线定理（等价条件或充要条件）思考：引入向量数乘运算后，你能发现数乘向量与原向量之间的位置关系吗？对于向量a(a0)、b，如果有一个实数，使b=a，那么由向量数乘的定义知：a与b共线；反过来，已知向量a与b共线，a0，且向量b的长度是向量a的长度的倍，即|b|=|a|，那么当a与b同向时，有b=a，当a与b反向时，有b=-a.向量共线定理（向量共线的充要条件）：向量a(a0)与b共线，当且仅当有唯一一个实数，使b=a.例2（课本P89例6）已知任意两个非零向量a、b，且OA=a+b，=a+2b,=a+3b，判断A、B、C三点之间的位置关系.解：因为=a+2b-(a+b)=b，=a+3b-(a+b)=2b，于是，所以A、B、C三点共线.向量的加、减、数乘运算统称为向量的线性运算，对于任意向量a、b，以及任意实数、1、2，恒有(1a2b)=1a2b.变式训练2：设a与b是两个不共线向量，且向量a＋λb与2a－b共线，则λ＝________.解析由题意知：a＋λb＝k(2a－b)，则有：1＝2k，λ＝－k，∴k＝12，λ＝－12.答案－12例3平行四边形ABCD的两条对角线相交于点M，且=a，=b，试用a、b表示、、、.解：=a+b，=a-b,=(a+b)=a-b12(a-b)=12a-12b;12MCAC=12a+12b;12MDMBDB=-12a+12b.SCH高中数学（南极数学）同步教学设计（人教A版必修4第二章）4变式训练3：设AM是ABC中线，求证：12AMABAC.证明：因为,AMABBMAMACCM，所以2AMABBMACCMABACBMCM因为AM是ABC中线，所以BMCMBMMB0，因而2ABMAAC，所以12ABAACM.课堂练习：（课本P90练习NO：1；2；3；4；5；6）三、课堂小结，巩固反思1．理解实数与向量的积的意义，能说出实数与一个向量的积的模及方向与这个向量的模及方向间的关系；2．能说出实数与向量的积的三条运算律，并会运用它们进行计算；3．能表述一个向量与非零向量共线的充要条件；4．会表示与非零向量共线的向量，会判断两个向量是否共线.四、课时必记1、实数与向量的积的运算律设、为实数，那么（1）(a)=()a；（结合律）（2）(+)a=a+a；（第一分配律）（3）(a+b)=a+b.（第二分配律）2、向量共线定理（向量共线的充要条件）：向量a(a0)与b共线，当且仅当有唯一一个实数，使b=a.五、分层作业：A组：1、（课本P91习题2.2A组NO：9）2、（课本P91习题2.2A组NO：10）3、（课本P91习题2.2A组NO：11）4、（课本P91习题2.2A组NO：12）5、（课本P91习题2.2A组NO：13）B组：1、（课本P91习题2.2B组NO：3）2、（课本P91习题2.2B组NO：4）3、（课本P91习题2.2B组NO：5）C组：1、设两个非零向量a与b不共线．(1)若AB→＝a＋b，BC→＝2a＋8b，CD→＝3(a－b)．求证：A，B，D三点共线；SCH高中数学（南极数学）同步教学设计（人教A版必修4第二章）5(2)试确定实数k，使ka＋b和a＋kb共线．分析：(1)先证明AB→，BD→共线，再说明它们有一个公共点；(2)利用共线向量定理列出方程组求k.(1)证明∵AB→＝a＋b，BC→＝2a＋8b，CD→＝3(a－b)．∴BD→＝BC→＋CD→＝2a＋8b＋3(a－b)＝5(a＋b)＝5AB→.∴AB→，BD→共线，又它们有公共点，∴A，B，D三点共线．(2)解∵ka＋b与a＋kb共线，∴存在实数λ，使ka＋b＝λ(a＋kb)，即(k－λ)a＝(λk－1)b.又a，b是两不共线的非零向量，∴k－λ＝λk－1＝0.∴k2－1＝0.∴k＝±1.