向量与三角函数综合

三角函数B 档L2近3年考频 5 次

常见题型:choice、fill、short

向量与三角函数综合 - 平面向量

核心概念

要点

公式

公式:

$\vec{a}$ \cdot $\vec{b}$ = |$\vec{a}$||$\vec{b}$|\cos\theta = x_1x_2 + y_1y_2

适用条件:

适用于任意平面向量,θ为两向量夹角

解释:

向量数量积的定义式与坐标式,用于联系向量夹角与三角函数值

公式:

\sin^2\theta + \cos^2\theta = 1

适用条件:

θ为任意实数

解释:

三角函数基本恒等式,常用于消元或化简向量模长表达式

公式:

|$\vec{a}$| = $\sqrt{x^2 + y^2}$ = \sqrt{$\vec{a}$ \cdot $\vec{a}$}

适用条件:

适用于任意平面向量

解释:

向量模长公式,与三角函数平方关系结合可求最值

解题方法

常见误区

原因分析:

未考虑自变量x的定义域,导致三角函数值域判断错误

正确做法:

先利用辅助角公式化简,再根据x的范围确定三角函数的值域,最后求模长范围

错误做法:

在求向量模长最值时,忽略三角函数的有界性,直接取极值点

原因分析:

记忆混淆:垂直用数量积为零,平行用坐标交叉相乘相等

正确做法:

牢记:$\vec{a}$ \perp $\vec{b}$ \Leftrightarrow x_1x_2 + y_1y_2 = 0;$\vec{a}$ \parallel $\vec{b}$ \Leftrightarrow x_1y_2 - x_2y_1 = 0

错误做法:

混淆向量垂直与平行的条件:认为垂直时坐标对应成比例

典型例题

例题 1

已知向量 $\vec{a}$ = (\sin x, \cos x),$\vec{b}$ = (1, $\sqrt{3}$),且 x \in [0, \pi]。若 $\vec{a}$ \perp $\vec{b}$,求 x 的值;并求 |$\vec{a}$ - $\vec{b}$| 的最大值。

解答

(1)由 $\vec{a}$ \perp $\vec{b}$ 得 $\vec{a}$ \cdot $\vec{b}$ = 0,即 \sin x + $\sqrt{3}$\cos x = 0,整理得 \tan x = -$\sqrt{3}$。因 x \in [0, \pi],故 x = 2\pi/3。
(2)|$\vec{a}$ - $\vec{b}$|^2 = (\sin x - 1)^2 + (\cos x - $\sqrt{3}$)^2 = \sin^2 x + \cos^2 x + 1 + 3 - 2\sin x - 2$\sqrt{3}$\cos x = 5 - 2(\sin x + $\sqrt{3}$\cos x)。令 t = \sin x + $\sqrt{3}$\cos x = 2\sin(x + \pi/3),因 x \in [0, \pi],则 x + \pi/3 \in [\pi/3, 4\pi/3],故 t \in [-$\sqrt{3}$, 2]。所以 |$\vec{a}$ - $\vec{b}$|^2 \in [5 - 4, 5 + 2$\sqrt{3}$] = [1, 5 + 2$\sqrt{3}$],故 |$\vec{a}$ - $\vec{b}$|_{\max} = \sqrt{5 + 2$\sqrt{3}$}。

要点:

  • 利用垂直条件转化为三角方程求解
  • 将模长平方后转化为三角函数最值问题,注意辅助角公式的应用
  • 正确确定三角函数在给定区间上的值域

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