这十二道题涵盖二维向量证明的五节课。每题先在纸上作答并画草图,再打开答案。所有题目均为原创。
除非另有说明,a 和 b 是不平行的基向量,O 是原点。
第 1 至 4 题:位移
Q1. →OA = 3a,→OB = a + 2b。求 →AB。
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终点减起点:→AB = →OB − →OA = (a + 2b) − 3a = a − 3a + 2b。
→AB = −2a + 2b
Q2. OABC 是平行四边形,→OA = 2p,→OC = 3q。求 →OB、→AC 和 →BC。
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→OB = →OA + →AB = 2p + 3q(因为 →AB = →OC)。 →AC = −→OA + →OC = −2p + 3q。 →BC = −→OA = −2p(平行四边形的对边)。
→OB = 2p + 3q,→AC = 3q − 2p,→BC = −2p
Q3. 在三角形 OAB 中,M 是 AB 的中点。用 a 和 b 表示 →OM 和 →BM。
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→AB = b − a。→OM = a + ½(b − a) = ½a + ½b。 →BM = −½→AB = −½(b − a) = ½a − ½b。
→OM = ½a + ½b,→BM = ½a − ½b
Q4. →OP = 2a − b,→OQ = a + 3b。求 →QP,并写出 →QP 的一半。
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→QP = →OP − →OQ = (2a − b) − (a + 3b) = a − 4b。 它的一半是 ½a − 2b。
→QP = a − 4b,一半是 ½a − 2b
第 5 至 7 题:分点
Q5. P 在 AB 上,AP : PB = 1 : 4,→OA = a,→OB = b。求 →OP。
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共 5 份,所以 →AP = 1/5(b − a)。 →OP = a + 1/5b − 1/5a = 4/5a + 1/5b。
→OP = 4/5 a + 1/5 b。检查:系数之和为 1,而且 P 靠近 A,所以 a 占比更大。
Q6. A 是 (−2, 3),B 是 (8, −7)。P 在 AB 上,AP : PB = 2 : 3。求 P 的坐标。
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→AB = (8 − (−2), −7 − 3) = (10, −10)。→AP = 2/5 × (10, −10) = (4, −4)。 →OP = (−2, 3) + (4, −4) = (2, −1)。
P = (2, −1)。用 3/5a + 2/5b 检查:x = −6/5 + 16/5 = 2,y = 9/5 − 14/5 = −1。
Q7. P 在 AB 上,→OP = 1/3 a + 2/3 b。求 AP : PB。
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→OP = a + k(b − a) 中 b 的系数是 k,所以 k = 2/3,即 →AP = 2/3 →AB。 AP 占 2 份,PB 占 1 份。
AP : PB = 2 : 1。检查:P 靠近 B,含有更多的 b,与预期相符。
第 8 和 9 题:共线
Q8. →OA = a + 2b,→OB = 3a + b,→OC = 7a − b。证明 A、B、C 共线,并求 AB : BC。
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→AB = (3a + b) − (a + 2b) = 2a − b。 →AC = (7a − b) − (a + 2b) = 6a − 3b = 3(2a − b) = 3→AB。 它们平行且共用点 A,所以 A、B、C 共线。 →BC = →AC − →AB = 2→AB。
共线,AB : BC = 1 : 2
Q9. →PQ = 2a − 3b,→PR = 6a + kb。已知 P、Q、R 共线,求 k。
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→PR 必须是 →PQ 的倍数。a 的系数乘以 3(2 变 6),所以 →PR = 3→PQ = 6a − 9b。
k = −9
第 10 和 11 题:交点
Q10. →OA = a,→OB = b。M 是 OB 的中点,N 在 OA 上,ON = 2/3 a。直线 AM 与 BN 相交于 X。求 →OX。
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AM:→OX = a + λ(½b − a) = (1 − λ)a + (λ/2)b。 BN:→OX = b + μ(2/3a − b) = (2μ/3)a + (1 − μ)b。
令系数相等:a: 1 − λ = 2μ/3。b: λ/2 = 1 − μ,所以 λ = 2 − 2μ。 于是 1 − 2 + 2μ = 2μ/3,所以 4μ/3 = 1,μ = 3/4,λ = 1/2。
→OX = ½a + ¼b。用 BN 中的 μ = 3/4 检验:(2 × 3/4 ÷ 3)a + (1/4)b = ½a + ¼b。
Q11. 直线 1:r = (0, 1) + λ(2, 1)。直线 2:r = (10, −2) + μ(−2, 1)。求交点。
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x:2λ = 10 − 2μ。y:1 + λ = −2 + μ,所以 μ = 3 + λ。 代入:2λ = 10 − 6 − 2λ,所以 4λ = 4,λ = 1,μ = 4。 直线 1 在 λ = 1 时:(2, 2)。直线 2 在 μ = 4 时:(10 − 8, −2 + 4) = (2, 2)。
(2, 2)
第 12 题:方向
Q12. 直线 l:r = (−1, 4) + λ(6, −9)。(a) 写出更简单的方向向量。(b) (5, −5) 在 l 上吗?(c) (2, 0) 在 l 上吗?
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(a) (6, −9) = 3(2, −3),所以更简单的方向是 (2, −3)。
(b) x:−1 + 6λ = 5,所以 λ = 1。y:4 − 9(1) = −5。吻合,所以 (5, −5) 在 l 上。
(c) x:−1 + 6λ = 2,所以 λ = 1/2。y:4 − 9/2 = −1/2,不是 0。(2, 0) 不在 l 上。
如果你做错了
| 出错的地方 | 复习哪一课 |
|---|---|
| 正负号错误,把 →AB 写成 a − b,路线错误 | 用基向量表示位移 |
| 比例题中系数放错向量 | 求线段上的分点 |
| 只比较一个系数,或缺少公共点和结论 | 用标量关系证明三点共线 |
| 两条线共用一个参数,或解方程组时出错 | 求向量定义的两条直线的交点 |
| 只用一个坐标检验点,或混淆位置与方向 | 解释向量方程中的方向 |
用错题记录与重测队列记下每个失误,并在几天后重测。分数方面的失误可以用免计算器运算训练器来练习。
如果复习之后同一类题目还是一再出错,可以看看我们的老师在线上一对一附加数学补习中是怎样带学生的。