既有大小又有方向的量叫做向量。向量可以用一条有向线段表示,有向线段的长度表示向量的大小(叫做向量的模),箭头方向表示向量的方向。
向量 a 的模记作 |a|。长度为 1 的向量叫单位向量;长度为 0 的向量叫零向量,记作 0,零向量的方向任意。
方向相同或相反的非零向量叫平行向量(也叫共线向量),记作 a ∥ b。长度相等且方向相同的向量叫相等向量。
规定:零向量与任何向量平行;任意两个相等向量都是平行向量。
① 向量是"自由"的——向量的本质是"大小 + 方向",与位置无关。只要大小相等、方向相同,无论平移到哪里,都是同一个向量(或相等向量)。所以向量可以在平面上自由平移。
② 零向量的特殊性——零向量大小为零,方向任意,这使得它有一些"特殊性质":
③ 平行与共线的关系——在平面向量中,"平行"与"共线"是同一个概念。因为向量可以自由平移,平行向量平移到同一起点后,必然在同一条直线上。
👉 记忆口诀:向量平行即共线,方向相同或相反。零向量与谁都平行。
(1)温度:只有大小(度数),没有方向,是数量。
(2)重力:有大小(重力加速度)也有方向(竖直向下),是向量。
(3)位移:有大小(距离)也有方向(位移方向),是向量。
(4)身高:只有大小,是数量。
(5)速度:有大小(速率)也有方向,是向量。
下列关于零向量的说法正确的是( )
A. 零向量的方向是 0°;
B. 零向量没有方向;
C. 零向量的方向是任意的;
D. 零向量与任何向量都不平行。
判断:如果向量 a ∥ b,则它们所在的直线一定平行。
📌 要点:向量平行 = 共线;直线平行 ≠ 直线重合。
判断:两个向量若模相等,则它们相等。
📌 口诀:相等向量看两条——大小相等、方向相同。
向量加法:三角形法则——把 b 平移,使 b 的起点接在 a 的终点上,则从 a 的起点到 b 的终点所得到的向量,就是 a + b。平行四边形法则——以 a 和 b 为邻边作平行四边形,从公共起点出发的对角线向量就是 a + b。
向量减法:a − b = a + (−b),其中 −b 是 b 的反向量(大小相等,方向相反)。几何意义:把 a 与 b 的起点放在同一点,则从 b 的终点指向 a 的终点所得到的向量就是 a − b。
数乘:实数 λ 与向量 a 的乘积 λa 仍是向量,其模为 |λ||a|,方向:λ > 0 时与 a 同向,λ < 0 时与 a 反向,λ = 0 时 λa = 0。
运算律:a + b = b + a(交换律);(a + b) + c = a + (b + c)(结合律);λ(μa) = (λμ)a;(λ + μ)a = λa + μa;λ(a + b) = λa + λb。
① 加法:首尾相接——a + b 的几何意义是"先走 a,再走 b"。就像从 A 到 B,再从 B 到 C,总位移是向量 AC。
② 减法:共起点指向——a − b 是"从 b 的终点指向 a 的终点"。记忆方法:减法看"减号右侧"和"减号左侧",从右侧终点指向左侧终点。例如 AB − AC = CB(从 C 指向 B)。
③ 数乘:伸缩方向——λa 是把 a "拉长"或"缩短"|λ| 倍。λ 的符号决定方向是否反转。
👉 共线定理:向量 b 与非零向量 a 共线的充要条件是"存在唯一实数 λ,使 b = λa"。
常用减法规律:设 A、B、C 是平面上任意三点,则:
化简:AB − AD。
📌 口诀:共起点相减,从后指向前。AB − AD = DB。
已知 a 是向东的向量,求 −2a 的方向。
📌 要点:数乘时正负号决定方向是否反转,|λ| 决定长度倍率。
若 b = λa(λ 为实数),能否推出 a ∥ b?
📌 要点:共线定理强调"非零向量 a"这个前提,就是为了保证 λ 的存在性和唯一性。
平面向量基本定理:如果 e₁、e₂ 是同一平面内的两个不共线向量,那么对于这一平面内的任意向量 a,存在唯一的一对实数 λ₁, λ₂,使 a = λ₁e₁ + λ₂e₂。不共线的向量 e₁、e₂ 叫做表示这一平面内所有向量的一组基底。
坐标表示:取与 x 轴、y 轴正方向相同的两个单位向量 i、j 作为基底,对于平面内任意向量 a,存在唯一实数对 (x, y),使 a = xi + yj,则 (x, y) 叫做向量 a 的坐标,记作 a = (x, y)。
运算的坐标表示:若 a = (x₁, y₁),b = (x₂, y₂),则:
· a + b = (x₁ + x₂, y₁ + y₂);
· a − b = (x₁ − x₂, y₁ − y₂);
· λa = (λx₁, λy₁)。
向量 AB 的坐标:若 A(x₁, y₁),B(x₂, y₂),则 AB = (x₂ − x₁, y₂ − y₁)。
共线的坐标条件:a ∥ b(b ≠ 0)⟺ x₁y₂ − x₂y₁ = 0。
① 基底的作用——平面向量基本定理告诉我们:平面上任何一个向量都可以用两个不共线的向量唯一表示。这两个向量就是"基底"。有了基底,向量问题就变成了实数对的运算问题。
② 直角坐标系的基底——取 i = (1, 0),j = (0, 1) 作为基底,那么任何向量 a = (x, y) 就表示 a = xi + yj。这种表示方法叫做"坐标表示",让向量的运算变成了"数"的运算。
③ 共线条件的坐标形式——a = (x₁, y₁),b = (x₂, y₂),则
a ∥ b ⟺ x₁y₂ − x₂y₁ = 0。
这个式子叫"交叉相乘差为零",是判断向量共线的标准工具。
👉 解题思路:向量问题如果可以用坐标表示,就用坐标方法;否则用基底或几何方法。三种方法各有所长。
已知点 A(1, 2),B(3, 5),下列说法正确的是( )
A. 向量 AB = (4, 7);
B. 向量 AB = (2, 3);
C. 向量 AB 的坐标就是点 B 的坐标 (3, 5);
D. 向量 AB = (−2, −3)。
📌 口诀:向量坐标等于"终点减起点"。
已知 a = (3, 4),b = (6, 8),判断 a 与 b 是否共线。
📌 口诀:共线条件"交叉相乘相减"——x₁y₂ − x₂y₁。
已知 e₁ = (1, 0),e₂ = (2, 0),向量 a = (3, 0) 能否用 e₁, e₂ 表示?
📌 要点:基底必须"不共线",这是唯一表示的前提。
夹角:已知两个非零向量 a、b,作 OA = a,OB = b,则 ∠AOB 叫做 a 与 b 的夹角,记作 ⟨a, b⟩。⟨a, b⟩ 的取值范围是 [0, π]。
数量积:两个非零向量 a、b 的夹角为 θ,则数量 |a||b|cos θ 叫做 a 与 b 的数量积(也叫内积),记作 a · b。即 a · b = |a||b|cos θ。
坐标形式:若 a = (x₁, y₁),b = (x₂, y₂),则 a · b = x₁x₂ + y₁y₂。
重要性质:
· |a|² = a · a;
· a ⊥ b ⟺ a · b = 0(垂直);
· 夹角公式:cos θ = (a · b)/(|a||b|);
· |a ± b|² = |a|² ± 2a·b + |b|²。
① 结果类型不同——这是最容易混淆的地方:
所以"a · b"读作"a 点乘 b",不能读作"a 乘 b"。
② 数量积的几何意义——a · b = |a||b|cos θ,也可以理解为"a 的模 × b 在 a 方向上的投影"。投影是一个实数(可正、可负、可零)。
③ 垂直的判定——a ⊥ b ⟺ a · b = 0。这是向量中最重要的判定垂直的工具,比用斜率判定更通用。
👉 数量积的三大用途:
已知 a · b = 5,判断 b · a 的值。
📌 要点:数量积是可交换的(结果都是实数,不涉及方向)。
已知 a · b = a · c(a ≠ 0),能否推出 b = c?
📌 口诀:数量积不能"约",两个向量点乘结果相等等价于两个向量有相同投影。
已知 a · b < 0,判断 a 与 b 的夹角 θ。
📌 要点:夹角范围是 [0, π],端点 0 和 π 都要考虑。
平面向量是上海高考数学的高频考点,通常以小题形式出现,也经常作为解答题的"工具"使用。主要考查位置:
近五年上海卷中,向量是每年必考的内容。2025年第8题、第10题连续两道向量题。作为后续章节的重要工具,掌握好本章基础至关重要。