2.在正三棱柱ABC-A1B1C1中,若AB=BB1,则AB1与C1B所成的角的大小为
A.60º B. 90º C.105º D. 75º
1.在正三棱柱ABC-A1B1C1中,若AB=2,A A1=1,
则点A到平面A1BC的距离为( )
A.
B.
C.
D.![]()
5.设平面α的一个法向量为
,点P是平面α外一点,且Po∈α,则点P到平面α的距离是d=
.
第2课时 空间向量的坐标运算
|
设a=
,b=![]()
(1) a±b=
(2)
a=
.
(3) a·b= .
(4) a∥b
;a
b
.
(5) 设![]()
则
=
,
.
AB的中点M的坐标为 .
|
例1. 若
=(1,5,-1),
=(-2,3,5)
(1)若(k
+
)∥(
-3
),
求实数k的值;
(2)若(k
+
)⊥(
-3
),求实数k的值;
(3)若
取得最小值,求实数k的值.
解:(1)
;
(2)
; (3)![]()
变式训练1. 已知
为原点,向量
∥
,求
.
解:设
,
∵
∥
,∴
,
,
∴
,即![]()
解此方程组,得
。
∴
,
。
例2. 如图,直三棱柱
,底面
中,CA=CB=1,
,棱
,M、N分别A1B1、A1A是的中点.
(1) 求BM的长;
(2) 求
的值;
(3) 求证:
.
解:以C为原点建立空间直角坐标系
.
(1) 依题意得B(0,1,0),M(1,0,1).
.
(2) 依题意得A1(1,0,2),B(0,1,0),C(0,0,0),B1(0,1,2).
![]()
.
(3) 证明:依题意得C1(0,0,2),N
.
![]()
变式训练2. 在四棱锥P-ABCD中, 底面ABCD为矩形,侧棱PA⊥底面ABCD,AB=
,BC=1,PA=2,E为PD的中点.
(1) 在侧面PAB内找一点N,使NE⊥面PAC,并求出N点到AB和AP的距离;
(2) 求(1) 中的点N到平面PAC的距离.
解:(1) 建立空间直角坐标系A-BDP,则A、B、C、D、P、E的坐标分别是A(0, 0, 0)、B(
, 0, 0)、C(
, 1, 0)、D(0, 1, 0)、P(0, 0, 2)、E(0,
, 1),依题设N(x, 0, z),则
=(-x,
, 1-z),由于NE⊥平面PAC,
∴
即![]()
,即点N的坐标为(
, 0, 1),
从而N到AB、AP的距离分别为1,
.
(2) 设N到平面PAC的距离为d,则d=![]()
=
.
例3. 如图,在底面是棱形的四棱锥
中,![]()
,点E在
上,且
:
=2:1.
(1) 证明
平面
;
(2) 求以AC为棱,
与
为面的二面角
的大小;
(3) 在棱PC上是否存在一点F,使
∥平面
?证明你的结论.
解:(1)证明略;
(2)易解得
;
(3)解 以A为坐标原点,直线
分别为y轴、z轴,过A点垂直于平面PAD的直线为x轴,建立空间直角坐标系(如图).由题设条件,相关各点的坐标为
![]()
![]()
所以![]()
,![]()
,
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
,设点F是棱
上的点,![]()
,其中
,则
.令
得![]()
解得
,即
时,
.亦即,F是PC的中点时,
共面,又
平面
,所以当F是PC的中点时,
∥平面
.
例4. 如图,多面体是由底面为ABCD的长方体被截面AEFG所截而得,其中AB=4,BC=1,BE=3,CF=4.
(1) 求
和点G的坐标;
(2) 求GE与平面ABCD所成的角;
(3) 求点C到截面AEFG的距离.
解:(1) 由图可知:A(1,0,0),B(1,4,0),
E(1,4,3),F(0,4,4) ∴![]()
又∵
,设G(0,0,z),则(-1,0,z)
=(-1,0,1) ∴z=1 ∴G(0,0,1)
(2)平面ABCD的法向量![]()
,设GE与平面ABCD成角为
,则
![]()
∴![]()
(3)设
⊥面AEFG,
=(x0,y0,z0)
∵
⊥
,
⊥
,而
=(-1,0,1),
=(0,4,3)
∴![]()
取z0=4,则
=(4,-3,4)
∵![]()
即点C到截面AEFG的距离为
.
变式训练4. 如图四棱锥P-ABCD中,底面ABCD是平行四边形,PG⊥平面ABCD,垂足为G,G在AD上,且PG=4,
,BG⊥GC,GB=GC=2,E是BC的中点.
(1)求异面直线GE与PC所成的角的余弦值;
(2)求点D到平面PBG的距离;
(3)若F点是棱PC上一点,且DF⊥GC,求
的值.
解:(1)以G点为原点,
为x轴、y轴、
z轴建立空间直角坐标系,则B(2,0,0),C(0,2,0),
P(0,0,4),故E(1,1,0),
=(1,1,0),
=(0,2,4)。
,
∴GE与PC所成的余弦值为
.
(2)平面PBG的单位法向量n=(0,±1,0) .
∵
,
∴点D到平面PBG的距离为
n |=
.
(3)设F(0,y,z),则
。
∵
,∴
,
即
,
∴
, 又
,即(0,
,z-4)=λ(0,2,-4), ∴z=1,
|
对于以下几类立体几何问题:(1) 共线与共面问题;(2) 平行与垂直问题;(3) 夹角问题;(4) 距离问题;(5) 探索性问题.
运用向量来解决它们有时会体现出一定的优势.用空间向量解题的关键步骤是把所求向量用某个合适的基底表示,本节主要是用单位正交基底表示,就是适当地建立起空间直角坐标系,把向量用坐标表示,然后进行向量与向量的坐标运算,最后通过向量在数量上的关系反映出向量的空间位置关系,从而使问题得到解决.在寻求向量间的数量关系时,一个基本的思路是列方程,解方程.
空间向量章节测试题
4.异面直线间的距离的向量求法:已知异面直线l1、l2,AB为其公垂线段,C、D分别为l1、l2上的任意一点,
为与
共线的向量,则|
|=
.
3.利用向量求
夹角(线线夹角、线面夹角、面面夹角)有时也很方便.其一般方法是将所求的角转化为求两个向量的夹角,而求两个向量的夹角则可以利用公式cosθ=
.
2.运用向量求解距离问题,其一般方法是找出代表相应距离的线段所对向量,然后计算这个向量对应的模.而计算过程中只要运用好加法法则,就总能利用一个一个的向量三角形,将所求向量用有模和夹角的已知向量表示出来,从而求得结果.
1.立体几何中有关垂直和平行的一些命题,可通过向量运算来证明.对于垂直,一般是利用a⊥b
a·b=0进行证明.对于平行,一般是利用共线向量和共面向量定理进行证明.
6.空间向量的数量积
(1) 空间向量的夹角: .
(2) 空间向量的长度或模: .
(3) 空间向量的数量积:已知空间中任意两个向量a、b,则a·b= .
空间向量的数量积的常用结论:
(a) cos〈a、b〉= ;
(b) ïaï2= ;
(c) a
b
.
(4) 空间向量的数
量积的运算律:
(a) 交换律a·b= ;
(b) 分配律a·(b+c)= .
|
例1.已知正方体ABCD-A1B1C1D1中,点F是侧面CDD1C1的中心,若
,求x-y的值.
解:易求得![]()
变式训练1. 在平行六面体
中,M为AC与BD的交点,若
a,
b,
c,则下列向量中与
相等的向量是 ( )
A.-
a+
b+c B.
a+
b+c
C.
a-
b+c D.-
a-
b+c
解:A
例2. 底面为正三角形的斜棱柱ABC-A1B1C1中,D为AC的中点,
求证:AB1∥平面C1BD.
证明:记
则
∴
,∴
共面.
∵B1
平面C1BD, AB1//平面C1BD.
变式训练2:正方体ABCD-EFGH中,M、N分别是对角线AC和BE上的点,且AM=EN.
(1) 求证:MN∥平面FC;
(2) 求证:MN⊥AB;
(3) 当MA为何值时,MN取最小值,最小值是多少?
解:(1) 设![]()
(2) ![]()
(3) 设正方体的边长为a,
![]()
也即
,![]()
例3. 已知四面体ABCD中,AB⊥CD,AC⊥BD, G、H分别是△ABC和△ACD的重心.
求证:(1) AD⊥BC; (2) GH∥BD.
证明:(1) AD⊥BC![]()
.因为AB
CD
,
,而
.
所以AD⊥BC.
(2) 设E、F各为BC和CD的中点.欲证GH∥BD,只需证GH∥EF,
=
(
)=![]()
.
变式训练3:已知平行六面体
,E、F、G、H分别为棱
的中点.求证:E、F、G、H四点共面.
解:
=![]()
=
=
=
,
所以
共面,即点E、F、G、H共面.
例4. 如图,平行六面体AC1中,AE=3EA1,AF=FD,AG=
,过E、F、G的平面与对角线AC1交于点P,求AP:PC1的值.
解:设![]()
![]()
∴![]()
又∵E、F、G、P四点共面,∴![]()
∴
∴AP︰PC1=3︰16
变式训练4:已知空间四边形OABC中,M为BC的中点,N为AC的中点,P为OA的中点,Q为OB的中点,若AB=OC,求证
.
证明:法一:![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
故![]()
法二:
·
=(
+
)·(
+
)
=
·![]()
=
=0
|
5.空间向量基本定理
(1) 空间向量的基底: 的三个向量.
(2) 空间向量基本定理:如果a,b,c三个向量不共面,那么对空间中任意一个向量p,存在一个唯一的有序实数组
,使
.
空间向量基本定理的推论:设O,A,B,C是不共面的的四点,则对空间中任意一点P,都存在唯一的有序实数组
,使
.
4.共面向量
(1) 共面向量:平行于 的向量.
(2) 共面向量定理:两个向量a、b不共线,则向量P与向量a、b共面的充要条件是存在实数对(
),使P
.
共面向量定理的推论: .
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