安徽省滁州二中高中数学《32立体几何中的向量方法》课件(2)新人教A版选修2-1
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高中数学 3.2立体几何中的向量方法(2)课件 新人教版选修2-1
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23
练一练·当堂检测、目标达成落实处
又 E,F 分别是 AD,PC 的中点,
∴E(0, 2,0),F(1, 2,1).
∴P→C=(2,2 2,-2),B→F=(-1, 2,1),E→F=(1,0,1).
本 专 题 栏 目
∴P→C·B→F=-2+4-2=0,P→C·E→F=2+0-2=0. ∴P→C⊥B→F,P→C⊥E→F.
开 E(2,2,1),F(1,1,2).
关
∴E→F=(1,1,2)-(2,2,1)=(-1,-1,1).
A→B1=(2,2,2)-(2,0,0)=(0,2,2), A→C=(0,2,0)-(2,0,0)=(-2,2,0).
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12Leabharlann 研一研·问题探究、课堂更高效
而E→F·A→B1=(-1,-1,1)·(0,2,2)
∴平面 BEF⊥平面 ABC.
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研一研·问题探究、课堂更高效
本 小结 向量法证明线、面位置关系的优越性体现在不必考
专 题
虑图形的位置关系,恰当建系或用基向量表示后,只需经
栏 目
过向量运算就可得到要证明的结果,思路方法很“公式
开 关
化”.
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研一研·问题探究、课堂更高效
跟踪训练 3 如图所示,在六面体 ABCD—
跟踪训练 1 在棱长为 a 的正方体 OABC—O1A1B1C1 中,E、 F 分别是 AB、BC 上的动点,且 AE=BF,求证:A1F⊥C1E. 证明 以 O 为坐标原点建立如图所示的
空间直角坐标系,
本 专
则 A1(a,0,a),C1(0,a,a).
题 栏
设 AE=BF=x,
新人教A版(选修2-1)3.2《立体几何中的向量方法》(第1课时)ppt课件
→1, 1.如图, 在长方体 ABCD-A1B1C1D1 中, 试判断向量AA →1,CC →1,DD → 1,A → → → → BB 1A,B1B,C1C,D1D与平面 ABCD 的位 置关系是什么?与平面 ABCD 满足此种关系的向量还有 吗?它们的共同特点是什么?
2.在正方体 ABCD-A1B1C1D1 中. (1)棱 AB,DC,D1C1,A1B1 之间的位置关系 是什么?它们的方向向量之间又有什么关系? (2)棱 A1B1,B1C1,C1D1,D1A1 与平面 ABCD 有什么样的位置关系?它们的方向向量与平面 ABCD 的法向量之间 又有什么关系? (3)平面 ABCD 和平面 A1B1C1D1 的位置关系是什么?它们的法 向量之间又有什么关系?
•
已知正方体 ABCD - A1B1C1D1 的棱长 为2,E、F分别是BB1、DD1的中点,求证: • (1)FC1∥平面ADE; • (2)平面ADE∥平面B1C1F.
• • • •
由题目可获取以下主要信息: ①ABCD-A1B1C1D1为正方体且棱长为2; ②E、F分别是BB1、DD1的中点. 解答本题可先建系,求出直线的方向向量和平 面的法向量,再利用方向向量和法向量间的关 系判定线面、面面平行.
1 2 -2 解析: ∵α∥β,∴ = = k .∴k=4. -2 -4
• 答案: C
• 3.已知直线l1的一个方向向量为(-7,3,4),直 线l2的一个方向向量为 (x ,y,8),且l1∥l2,则x =________,y=________.
-7 3 4 解析: ∵l1∥l2,∴ = = , x y 8 ∴x=-14,y=6.
• 3.2 立体几何中的向量方法
• 第1课时 空间向量与平行关系
人教A版高中数学选修2-1《3.2立体几何中的向量方法(二)》课件
知识点二 向量法判断线面垂直
思考
若直线 l 的方向向量为 μ1=2,43,1,平面 α 的法向量为 μ2= 3,2,32,则直线 l 与平面 α 的位置关系是怎样的?如何用向量 法判断直线与平面的位置关系? 答案
梳理
设直线l的方向向量a=(a1,b1,c1),平面α的法向量μ=(a2,b2,c2),则 l⊥α⇔a∥μ⇔ a=kμ(k∈R) .
思考
若直线l1的方向向量为μ1=(1,3,2),直线l2的方向向量为μ2= (1,-1,1),那么两直线是否垂直?用向量法判断两条直线垂 直的一般方法是什么? 答案
梳理
设直线l的方向向量为a=(a1,a2,a3),直线m的方向向量为b=(b1,b2,b3), 则l⊥m⇔ a·b=0 ⇔ a1b1+a2b2+a3b3=0 .
跟踪训练3 在四面体ABCD中,AB⊥平面BCD,BC=CD,∠BCD= 90°,∠ADB=30°,E、F分别是AC、AD的中点,求证:平面BEF⊥ 平面ABC. 证明
当堂训练
1.下列命题中,正确命题的个数为 答案 解析
①若n1,n2分别是平面α,β的法向量,则n1∥n2⇔α∥β; ②若n1,n2分别是平面α,β的法向量,则α⊥β ⇔ n1·n2=0; ③若n是平面α的法向量,a与平面α平行,则n·a=0;
C.a=(0,1,-1),b=(0,-1,1)
D.a=(1,0,0),b=(-1,0,0)
因为a=(0,1,0),b=(1,0,1),所以a·b=0×1+1×0+0×1=0,所 以a⊥b,故选B.
12345
3.若直线l的方向向量为a=(1,0,2),平面α的法向量为μ=(-2,0,-4),则
A.l∥α
规律与方法
几何法
高中数学新人教A版选修2-1精品课件3.2《立体几何中的向量方法(二)》课件
置关系以及它们之间距离和夹角等问题;
(进行向量运算)
(3)把向量的运算结果“翻译”成相应的几何意 义. (回到图形)
9
例1:如图1:一个结晶体的形状为四棱柱,其中,以
顶点A为端点的三条棱长都相等,且它们彼此的夹角
都是60°,那么以这个顶点为端点的晶体的对角线的
长与棱长有什么关系? 解:如图1,不妨设
引入
知识要点
练习巩固
思考1
例1的思考
1
2
方法小结
3
练习巩固
4
1详细答案
思考题
5
6
1答案
方法小结
7
8
(1)建立立体图形与空间向量的联系,用空间向量 表示问题中涉及的点、直线、平面,把立体几何问题 转化为向量问题(还常建立坐标系来辅助);
(化为向量问题或向量的坐标问题)
(2)通过向量运算,研究点、直线、平面之间的位
化为向量问题 依据向量的加法法则, 进行向量运算
D1
A1 D 图1
C1
B1
C
A
B
回到图形问题 所以 这个晶体的对角线 的长是棱长的
课外思考(1)(2)(3)
倍。
10
思考: (1)本题中四棱柱的对角线BD1的长与棱长有什么关系?
(2)如果一个四棱柱的各条棱长都相等,并且以 某一顶点为端点的各棱间的夹角都等于 , 那么 有这个四棱柱的对角线的长可以确定棱长吗?
解:
A1 B1
H A D C D1 C1
B
∴ 所求的距离是
如何用向量法求点到平面的距离?
12
如何用向量法求点到平面的距离?
z
G
x
F
D
C
(教师参考)高中数学 3.2.2 立体几何中的向量方法课件1 新人教A版选修2-1
平面 , 的法向量分别为 u, v ,则
(3)u v u v0
β
u
v
α
精选ppt
13
A E = 3 F G AE // FG 2
AE与FG不共线
A
AE//FG
X
D
精选ppt
几何法呢?
EG
F
B
C Y
5
例2、 四棱锥P-ABCD中,底面ABCD是正
方形,PD⊥底面ABCD,PD=DC, E是PC的
中点, (1)求证:PA//平面EDB.
Z
解1 立体几何法
P
E
D
, 的法向量分别为 u, v ,则
(1) lma b ab0
l
a
b
m
精选ppt
11
垂直关系:
设直线 l,m 的方向向量分别为 a, b ,
平面 , 的法向量分别为 u, v ,则
(2) l① a//u au
l
② a ⊥ A B , a ⊥ A C
u
a
C
A
B
精选ppt
12
垂直关系:
设直线 l,m 的方向向量分别为 a, b ,
F
E
2DBDE2EA
3
3
N
A
D
2(D A D C )D E 2(D A D E ) B M
3
3
C
几何法呢?
2DC1DE 所 以 M N 、 D C 、 D E 共 面 33
但 M N 平 面 C D E 故 M N//平 面 C D E
精选ppt
10
垂直关系:
设直线 l,m 的方向向量分别为 a, b ,
DE
(3)u v u v0
β
u
v
α
精选ppt
13
A E = 3 F G AE // FG 2
AE与FG不共线
A
AE//FG
X
D
精选ppt
几何法呢?
EG
F
B
C Y
5
例2、 四棱锥P-ABCD中,底面ABCD是正
方形,PD⊥底面ABCD,PD=DC, E是PC的
中点, (1)求证:PA//平面EDB.
Z
解1 立体几何法
P
E
D
, 的法向量分别为 u, v ,则
(1) lma b ab0
l
a
b
m
精选ppt
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垂直关系:
设直线 l,m 的方向向量分别为 a, b ,
平面 , 的法向量分别为 u, v ,则
(2) l① a//u au
l
② a ⊥ A B , a ⊥ A C
u
a
C
A
B
精选ppt
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垂直关系:
设直线 l,m 的方向向量分别为 a, b ,
F
E
2DBDE2EA
3
3
N
A
D
2(D A D C )D E 2(D A D E ) B M
3
3
C
几何法呢?
2DC1DE 所 以 M N 、 D C 、 D E 共 面 33
但 M N 平 面 C D E 故 M N//平 面 C D E
精选ppt
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垂直关系:
设直线 l,m 的方向向量分别为 a, b ,
DE
高中数学 3.2 立体几何中的向量法 课时2课件 新人教A版选修2-1
2 22
2
A 1 A C A B A D 1 2 ( A A A B A D A 1 B A A A 1 D ) A
即a 23x 22 (3x 2co)s x 361cos a
∴ 这个四棱柱的对角线的长可以确定棱长。
(3)本题的晶体中相对的两个平面之间的距离是多少?(提示:
Hale Waihona Puke 求两个平行平面的距离,通常归结为求两点间的距离) D1
1 1 1 2 (c 6 o c 0 6 s o c 0 s 6 o )0 s
6
所以 | AC1 | 6 回到图形问题
这个晶体的对角线 AC 1 的长是棱长的 6 倍。
(1)本题中四棱柱的对角线BD1的长与棱长有什么关系?
分析: B1D BA BC B1B
D1
C1
其 A 中 B A 1 C 1 B , 2 B B 1 B 0 6 C 0A1
第三章 空间向量与立 体几何
3.2 立体几何中的向量法 (2)
——空间向量与空间距离
本节课主要学习利用空间向量求空间距离.从复习一个向量 在另一个向量上的射影入手,进行新课导入.以学生自主探究为 主,探索用空间向量解决立体几何问题的三步曲. 接着探讨点 点距离、点线距离、点面距离、线线距离、线面距离及面面距 离的求法. 例1探索两点之间距离的求法.例2是求物体的受力大 小问题,而实质还是求两点间的距离问题.
3
如图所示,在120°的二面角α ABβ中,AC⊂α, BD⊂β且AC⊥AB,BD⊥AB,垂足分别为A、B,已知AC= AB=BD=6,试求线段CD的长.
解 ∵AC⊥AB,BD⊥AB,∴C→A·A→B=0,B→D·A→B=0,
又∵二面角 α -AB-β 的平面角为 120°,
高中数学3.2立体几何中的向量方法第2课时空间向量与垂直关系课件新人教A版选修2_1
(2)若l∥m,m⊥α,则l⊥α 与平面的法向量是平行向
量
面面 垂直
对于直线l,m和平面α,β (1)若l⊥α,l⊂β,则α⊥β. (2)若l⊥α,m⊥β,l⊥m,则 α⊥β. (3)若平面α与β相交所成的二面 角为直角,则α⊥β
证明两个平面的法向量 互相垂直
当堂达标 固双基
1.若直线l的方向向量a=(8,-12,0),平面α的法向量μ=
(1)证明两直线所成的角为90°. 两直线的方向向量互相
(2)若直线与平面垂直,则此直 垂直
线与平面内所有直线垂直
线面 垂直
ห้องสมุดไป่ตู้
(1)证明直线的方向向量
对于直线l,m,n和平面α 分别与平面内两条相交直
(1)若l⊥m,l⊥n,m⊂α,n⊂ 线的方向向量垂直.
α,m与n相交,则l⊥α.
(2)证明直线的方向向量
令z2=4,得x2=1,y2=-1.∴n2=(1,-1,4). ∵n1·n2=1×1+1×(-1)+0×4=0. ∴n1⊥n2,∴平面AEC1⊥平面AA1C1C.
1.利用空间向量证明面面垂直通常可以有两个途径:一是利用 两个平面垂直的判定定理将面面垂直问题转化为线面垂直进而转化 为线线垂直;二是直接求解两个平面的法向量,由两个法向量垂 直,得面面垂直.
[解] 由题意得AB,BC,B1B两两垂直.以B为原点,BA, BC,BB1分别为x,y,z轴,建立如图所示的空间直角坐标系.
则A(2,0,0),A1(2,0,1),C(0,2,0),C1(0,2,1), E0,0,12,
则A→A1=(0,0,1),A→C=(-2,2,0),A→C1=(-2,2,1),A→E =(-2,0,12).
因为B→C·A→D=-2+2+0=0,B→C·A→A1=0+0+0=0, 所以B→C⊥A→D,B→C⊥A→A1,所以BC⊥AD,BC⊥AA1, 又AD∩AA1=A,所以BC⊥平面ADA1,而BC⊂平面BCC1B1,所 以平面A1AD⊥平面BCC1B1.
高中数学 3.2 立体几何中的向量法 课时3课件 新人教A版选修2-1
设 直 线 l的 方 向 向 量 为 a , 平 面 α 的 法 向 量 为 u , 且 直 线 l与 平 面 α 所 成 的 角 为 θ ( 0 ≤ θ ≤ π ) , 则
2
a u
u
l a
sin
au
l a
u
二面角
1 方 向 向 量 法 :将 二 面 角 转 化 为 二 面 角 的 两 个 面
两个向量的夹角
如图,已知两个非零向量 a, b ,在空间任取一点 O , 作 OA a , OB b ,则 AOB 叫做向量 a 与 b 的夹角, 记作: a, b .
a
⑴范围: 0 ≤ a, b ≤ .
⑵ a, b=b, a .
b
A
a
O
B
b
⑶如果 a, b ,则称 a 与 b 垂直,记为 a b .
B
n2
os |cosn1,n2|
u
v
α ,β 的 夹 角 为 θ ,cos uv
| u || v |
u
v
,的 夹 角 为 ,cos u v
| u || v |
典例展示
例1:如图,甲站在水库底面上的点A处,乙站在水坝斜面上的点B处。
从A,B到直线 l(库底与水坝的交线)的距离AC和BD分别为
(1)证明:连接AC,AC交BD于点G,连接EG.
z
依题意得A(1,0,0), P(0,0,1),
11 E(0, , ),
P
22
因为底面ABCD是正方形,
F
E
所以点G是此正方形的中心,
故点G的坐标为(1 ,1 ,0), 22
D
C y
A
G
B
x
高中数学 3.2.2立体几何中的向量方法(二)课件 新人教A
设点F的坐标为(x, y, z),则PF (x, y, z 1)
因为PF k PB 所以( x, y, z 1) k(1,1, 1)
Z
P
(k,k,k)
即x k, y k, z 1 k
F
E
因为PB • DF 0
所以(1,1,1) • (k, k,1 k)
k k 1 k 3k 1 0A 所以k 1 F (1,1,2) X
平面 , 的法向量分别为 u, v ,则
rr
(3) , 的夹角为, 则cosθ = cos < u,v >
u
v
例2 如图,在四棱锥P-ABCD中,底面ABCD是
正方形,侧棱PD⊥底面ABCD,PD=DC, E是PC的
中点,作EF⊥PB交PB于点F.
(1)求证:PA//平面EDB
P
(2)求证:PB 平面EFD
6 1
3
1 2
所以EFD 60o,即二面角 C PB D的大小为 60o.
例3、在底面是直角梯形的四棱锥S ABCD中,
ABC 90, SA 平面ABCD, SA AB BC 1,
AD 1 .求平面SCD与平面SBA所成的二面角的
2
z
正切值.
y
S
B
A
D
C x
A B C D 练1.在长方体ABCD
(3)求二面角C-PB-D的大小。
F
E
D A
C B
例2 如图,在四棱锥P-ABCD中,底面ABCD是
正方形,侧棱PD⊥底面ABCD,PD=DC, E是PC的
中点,作EF⊥PB交PB于点F.
(1)求证:PA//平面EDB
P
(2)求证:PB 平面EFD
高中数学人教A版选修2-1第三章3.2立体几何中的向量法课件
例1. 如图所示, 正方体的棱长为1 (1)直线OA的一个方向向量坐标为___(_1,_0_,_0_)___ (2)平面OABC 的一个法向量坐标为__(_0_,0__,1_)____ (3)平面AB1C 的一个法向量坐标为__(_-_1,_-1_,1_)____
例2.在空间直角坐标系中,已知A(3,0,0), B(0,4,0),C(0,0,2),试求平面ABC的 一个法向量.
2、点到平面的距离
解:如图,以点D为原点,DA为 x轴,DC为y轴,பைடு நூலகம்D1为z轴,建立 空间直坐标系O-xyz.
取x=1,得y=1,z=1 设点A到平面PQL的距离为d
课堂小结:
三角 线线所成角,余弦不要绝对值; 线面所成角,正弦加上绝对值; 面面所成角,余弦加上绝对值, 若要去掉绝对值,符号看图来决定!
立体几何中的向量方法
学习目标:
1、理解直线的方向向量和平面的法向量; 2、能用向量语言表达线线、线面、面面 的平行和垂直关系; 3、能用向量法解决直线与直线、直线与 平面、平面与平面的夹角问题; 4、会用向量法求两异面直线和点到平面 之间的距离。
一、空间两点间的距离公式
二、方向向量与法向量
注意:(1)直线的方向向量不唯一 (2)直线的方向向量必须是非零向量
两距离 线线之间的距离,公垂向量是关键; 两线各取一个点,连线之后找投影; 点面之间的距离,先来求出法向量, 平面之内任取点,点点连线找投影!
注意:法向量不唯一
三、直线与平面、平面与平面的 平行与垂直的判断
1、线面平行
2、线面垂直
3、面面平行
4、面面垂直
四、利用向量求空间的角
1、异面直线所成角
例:如图,在正方体ABCD-A1B1C1D1中, E,F分别是AB,A1D1的中点,求直线EF 与BD1所成角的余弦值。
3.2《立体几何中的向量方法》课件(人教A版选修2-1)
若将问题换为 l⊥ ,则u和v
又是怎样的关系?
l⊥u∥v u=kv
v
(a1,b1,c1)=k(a2,b2,c2)
a1=ka2, b1=kb2, c1=kc2
u
l
u l
有了向量的运算,才有几何关系 的结论。
思考:空间中,以下三种平行关系如何用向量判断?
ur ur ur ur
l1 // l2 eur1 // eu2ur eu1ruur e2
r
uuuur r
n (1, 1, 1) 所以MN n 0
B
……
Cy
例 2 在空间直角坐标系中,已知 A(3,0,0), B(0,4,0) , C(0,0, 2) ,试求平面 ABC 的一个法向量.
r
r
n (4, 3, 6)
解:设平面 r uuur
ArBCu的uur一个u法uur向量为
n
(
x
意一点P。
三、平面的法向量
l⊥ 取直线 l 的方向向量 n ,则向量
n叫做平面 的法向量。
l
n
P
练习:如图,长方体的各棱长分别
为2、3、6,请以A点为基点说出
A1的位置向量及这些点的坐标,直 线BC的一个方向向量,平面AB
CD的一个法向量。
z
A1
D1
B1
C1 3
A
B 6
x
D
2y
C
练习
r
r
1.已知平面上的两个向量a (2,3,1),b (5,6,4),
l1 // 1 e1 n1 e1 n1 0
1 // 2
uur uur uur uur
n1 // n2 n1 n2
uur
安徽省滁州市第二中学高中数学课件 选修2-1:3.2立体几何中的向量方法(2)
(x,
x
x
y, z
)A
z x y
0 0
C y
B
取x=1,得y=-1,z=-1, ∴ n (1, 1, 1)
又 MN n ( 1 , 0, 1 ) (1, 1, 1) 0,∴ MN ⊥ n 22
∴ MN ∥ 平面A1BD
第五页,编辑于星期日:八点 四十四分。
例1 如图,在正方形ABCD-A1B1C1D1中,M,N分别是C1C
B
A D
C
A1
C1
M
B1
第十一页,编辑于星期日:八点 四十四分。
AD)
2
CC1
(a 2
b)
2
c.
∴
A1O
BD
(c
1 2
a
1 2
b)
(b
a)
c(b
a)
1 2
(a
b) (b
a)
c
b
c
a
1
2
(b
2
a)
1
(|
b
|2
|
a
|2 )
0
2
2
同理 A1O OG 0.∴ A1O ⊥ BD, A1O ⊥ OG.又B D
∴ A1O ⊥ 平面GBD
OG O,
第八页,编辑于星期日:八点 四十四分。
zxxkw
分析:证明线面问题,可利用三 种方法:一是证明 MN与平面 A1BD的法向量垂直;二是在平 面A1BD内找一向量与 MN
平行;三是证明 MN可以用平面 A1BD中的两不共线向量线性 表示.组卷网
D! A!
D A
N C! B! M
C B
第四页,编辑于星期日:八点 四十四分。
人教A版高中数学选修2-1课件高二《3.2立体几何中的向量方法(2)》.pptx
② 直线与平面的法向量平行. 3. 面面垂直: ① 一个平面经过另一个平面的垂线;
② 两平面的法向量平行. 4. 两异面直线的公垂线:
与两异面直线都垂直且相交的直线.
例题分析
例 1. 如图,在四棱锥E ABCD中,AB 平 面BCE,CD 平面BCE,AB BC CE 2CD 2,BCE 120. 求证:平面ADE 平面ABE.
知识归纳
1. 线线垂直: ① 三垂线定理及逆定理; ② 利用a b a b 0. 2. 线面垂直: ① 直线垂直于平面内的两相交直线;
② 直线与平面的法向量平行. 3. 面面垂直: ① 一个平面经过另一个平面的垂线;
② 两平面的法向量平行.
知识归纳
1. 线线垂直: ① 三垂线定理及逆定理; ② 利用a b a b 0. 2. 线面垂直: ① 直线垂直于平面内的两相交直线;
C
E
P
FB
GABiblioteka 例题讲解思考题:已知平行六面体ABCD A1B1C1D1的底面
ABCD为菱形,且C1CB C1CD BCD.
(1)求证:CC1 BD;
(2)当 CD CC1
的值为多少时,能使 A1C
平面C1BD?请给出证明.
课后作业
《学案》P87 面双基训练.
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主讲:陈震
知识归纳
1. 线线垂直: ① 三垂线定理及逆定理; ② 利用a b a b 0.
知识归纳
1. 线线垂直: ① 三垂线定理及逆定理; ② 利用a b a b 0. 2. 线面垂直: ① 直线垂直于平面内的两相交直线;
② 直线与平面的法向量平行.
A
E
D
C
B
例题分析
② 两平面的法向量平行. 4. 两异面直线的公垂线:
与两异面直线都垂直且相交的直线.
例题分析
例 1. 如图,在四棱锥E ABCD中,AB 平 面BCE,CD 平面BCE,AB BC CE 2CD 2,BCE 120. 求证:平面ADE 平面ABE.
知识归纳
1. 线线垂直: ① 三垂线定理及逆定理; ② 利用a b a b 0. 2. 线面垂直: ① 直线垂直于平面内的两相交直线;
② 直线与平面的法向量平行. 3. 面面垂直: ① 一个平面经过另一个平面的垂线;
② 两平面的法向量平行.
知识归纳
1. 线线垂直: ① 三垂线定理及逆定理; ② 利用a b a b 0. 2. 线面垂直: ① 直线垂直于平面内的两相交直线;
C
E
P
FB
GABiblioteka 例题讲解思考题:已知平行六面体ABCD A1B1C1D1的底面
ABCD为菱形,且C1CB C1CD BCD.
(1)求证:CC1 BD;
(2)当 CD CC1
的值为多少时,能使 A1C
平面C1BD?请给出证明.
课后作业
《学案》P87 面双基训练.
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主讲:陈震
知识归纳
1. 线线垂直: ① 三垂线定理及逆定理; ② 利用a b a b 0.
知识归纳
1. 线线垂直: ① 三垂线定理及逆定理; ② 利用a b a b 0. 2. 线面垂直: ① 直线垂直于平面内的两相交直线;
② 直线与平面的法向量平行.
A
E
D
C
B
例题分析
(教师参考)高中数学 3.2.3 立体几何中的向量方法名师课件2 新人教A版选修2-1
B(0, a,0)
C1 (0,0, b)
B1 (0, a, b) D(
3 a, 1 a,0) 44
故 AB1 (
3 a, 1 a,b) 22
BC1 (0,a,b)
Q AB1 BC1,
uuur AB1
uuuur BC1
1 2
a2
则可设 a =1,b
b2
0 b 2 a
解:如图,AC a,BD b,CD c,AB d. 化为向量问题
B
C
根据向量的加法法则 AB AC CD DB
D
进行向量运算
A
d2
2
AB
( AC
CD
DB)2
图3
2
2
2
AB CD BD 2( AC CD AC DB CD DB)
F1C1
B1
A1
D1 C
B
A
解:以点C为坐标原点建立空间直角坐标系C x如yz图
所示,设
则CC:1 1
A(1,0,0), B(0,1,0),
1
11
F1( 2 , 0, a), D1( 2 , 2 ,1)
F1C1 z
A1
D1 C
所以:
cos
uAuuBFuuuDru1uur1ur(u(u12u12u,r, 012,1,1)), AF1, BD1 |
Dy
C
二面角的平面角
①方向向量法 将二面角转化为二面角的两个面的
方向向量(在二面角的面内且垂直于二面角的棱)
的夹角。如图,设二面角 l 的大小为
人教A版高中数学选修2-1课件3.2立体几何中的向量方法2(33张PPT).pptx
面面平行 ∥ u ∥ v u kv.
注意:1.这里的线线平行包括线线重合,线面平行 包括线在面内,面面平行包括面面重合。
设直线 l, m 的方向向量分别为 a, b ,
平面, 的法向量分别为 u, v ,则 线线垂直 l ⊥ m a ⊥ b a b 0 ;
线面垂直 l ⊥ a ∥ u a ku ; 面面垂直 ⊥ u ⊥ v u v 0.
D1
C1
A1
B1
D
C
A
B
图1
练习.(P107.2)如图,60°的二面角的棱上
有A、B两点, 直线AC、BD分别在这个二面角的
两个半平面内,且都垂直AB, 已知AB=4,AC=6,
BD=8,求CD的长.
解1
68
C
A
B D
补充知识点1:点到面的距离问题:
如图 A, 空间一点 P 到平面 的距离为 d,已知平面 的
r uuur r
一个法向量为 n ,且 AP 与 n 不共线,
P r
分析:过 P 作 PO⊥ 于 O,连结 OA.
n
则
d=|
uuur PO
|=
|
uuur PA
|
cos
APO.
A O
∵
uuur PO
⊥
,
r n
,
∴
uuur PO
∥
r n
.
∴cos∠APO=|cos
uuur PA,
r n
|.
∴d=|
uuur PA
所以PB 平面EFD X
D
C Y
B
例2:如图,在四棱锥P-ABCD中,底面ABCD是正方形,侧棱 PD⊥底面ABCD,PD=DC,E是PC的中点,作EF⊥PB交PB于点F. (2)求证:PB⊥平面EFD
注意:1.这里的线线平行包括线线重合,线面平行 包括线在面内,面面平行包括面面重合。
设直线 l, m 的方向向量分别为 a, b ,
平面, 的法向量分别为 u, v ,则 线线垂直 l ⊥ m a ⊥ b a b 0 ;
线面垂直 l ⊥ a ∥ u a ku ; 面面垂直 ⊥ u ⊥ v u v 0.
D1
C1
A1
B1
D
C
A
B
图1
练习.(P107.2)如图,60°的二面角的棱上
有A、B两点, 直线AC、BD分别在这个二面角的
两个半平面内,且都垂直AB, 已知AB=4,AC=6,
BD=8,求CD的长.
解1
68
C
A
B D
补充知识点1:点到面的距离问题:
如图 A, 空间一点 P 到平面 的距离为 d,已知平面 的
r uuur r
一个法向量为 n ,且 AP 与 n 不共线,
P r
分析:过 P 作 PO⊥ 于 O,连结 OA.
n
则
d=|
uuur PO
|=
|
uuur PA
|
cos
APO.
A O
∵
uuur PO
⊥
,
r n
,
∴
uuur PO
∥
r n
.
∴cos∠APO=|cos
uuur PA,
r n
|.
∴d=|
uuur PA
所以PB 平面EFD X
D
C Y
B
例2:如图,在四棱锥P-ABCD中,底面ABCD是正方形,侧棱 PD⊥底面ABCD,PD=DC,E是PC的中点,作EF⊥PB交PB于点F. (2)求证:PB⊥平面EFD
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⊥ u ⊥ v u v 0.
典型例题
例1 如图,在正方形ABCD-A1B1C1D1中,M,N分别是 C1C、B1C1的中点,求证:MN∥平面A1BD
M N
M N
分析:证明线面问题,可利用三种方 法:一是证明与平面A1BD的法向量 垂直;二是在平面A1BD内找一向量 与
B1
A1 分析 : 先建系, 然后证明A1 D // 平面CB1 D1
同理证明A1 B // 平面CB1 D1. 从而证明平面A1 BD // 平面CB1 D1.
例2 在正方体ABCD-A1B1C1D1中,O为AC与BD得 交点,G为CC1的中点,求证A1O⊥平面GBD
D! C!
B! G C B
证明:设 a b 0, b c 0, a c 0. 则
2 2 1 1 ( D1 A 1 D ) DA1 , D 1 2 2 ∴ MN ∥ DA ,∴ MN ∥ 平面A B D
1 1
D!
N A!
C! M
B!
法3:
1 1 ∵ MN C1 N C1 M D1 A1 D1 D 2 2 1 1 ( DB BA) ( D1 A1 A1 D ) 2 2 1 1 1 1 1 1 1 DB DA1 ( BA DA) DB DA1 BD DA1 0 BD 2 2 2 2 2 2 2
D! N A! B!
C! M C
平行;三是证明 可以用平面 A1BD中的两不共线向量线性表示.
D A B
例1 如图,在正方形ABCD-A1B1C1D1中,M,N分别是C1C、B1C1的中点,求 证:MN∥平面A1BD 法1:建立如图所示的空间直角坐标系.
n ( x, y, z )
n DA1 0且n DB 0,
D
C
B
即
MN
可用
DA1
DB
与
线性表示,故
A MN
DA1 , DB
与
是共面向量,∴MN∥平面A1BD
变式 : 在正方形ABCD - A1 B1C1 D1中, 求证 : 平面A1 BD // 平面CB1 D1
D
A
D1
C
B
C1
A1 B1 a , A1 D1 b, A1 A c ,
A!
1 1 D ∵ A1O A1 A AO A1 A ( AB AD ) c (a b ) O 2 2 A BD AD AB b a 1 1 1 1 OG OC CG ( AB AD ) CC1 (a b ) c . 2 2 2 1 1 2 1
3.2立体几何中的向量方法(二)
-----利用向量解决平行与垂直问题
用向量运算处理平行关系
设直线 l , m 的方向向量分别为 a , b , 平面 , 的法向量分别为 u, v ,则
线线平行 线面平行
面面平行
l ∥ m a ∥ b a kb ; l ∥ a u a u 0 ; ∥ u ∥ v u kv .
B A
小结
1.用空间向量方法证明立体几何中的平行与垂直问 题,主要运用了直线的方向向量和平面的法向量,同 时也要借助空间中已有的一些关于平行、垂直的 定理. 2.用向量方法证明平行垂直问题的步骤:
(1)建立空间图形与空间向量的关系(建系或不建系 都可),用空间向量表示问题中涉及的点、线、面;
(2)通过向量运算处理平行、垂直问题; (3)根据运算结果解释相关问题.
∴ A1O BD (c a b) (b a ) c(b a ) (a b ) (b a ) 2 2 2 1 2 2 1 2 2 c b c a (b a ) (| b | | a | ) 0 2 2
注意:1.这里的线线平行包括线线重合,线面平行 包括线在面内,面面平行包括面面重合。
用向量运算处理垂直问题
设直线 l , m 的方向向量分别为 a , b , 平面 , 的法向量分别为 u, v ,则
线线垂直
线面垂直
面面垂直
l ⊥m a ⊥b ab 0; l ⊥ a ∥ u a ku ;
取x=1,得y=-1,z=-1, ∴ 则 1 1 又 MN n ( , 0, ) (1, 1, 1) 0,∴ MN ⊥ n 2 2 得 ∴ MN ∥ 平面A1 BD
n (1, 1, 1)
例1 如图,在正方形ABCD-A1B1C1D1中,M,N分别是 C1C、B1C1的中点,求证:MN∥平面A1BD 1 1 法2: ∵ MN C1 N C1 M C1 B1 C1C
∴ A1O A1O ⊥ BD , A1O ⊥ OG .又B D OG O ,
变式: 在三棱柱ABC A ' B ' C '中, A ' C AB ', 求证:BC ' AB '
C
C' A'
B'
底面是正三角形,AA ' 底面ABC,
z D! N A! B! M C!
设 平 面 A
1
x z 0 x y 0
B D 的 法 向 量 是
设正方体的 棱长为1,则 可求得 M(0,1,1/2),N (1/2,1,1),D(0 ,0,0),
1 1 MN ( ,0, ) 2 2
D A x B
C y
A1(1,0,1),B( 1,1,0).于是
作业
P112
补充作业: 如图, 直三棱柱ABC A1B1C1中, ACB 900 , AC 1, CB 2, 侧棱AA1 1, 侧面AA1B1B的 两条对角线交点为D, B1C1的中点为M . 求证CD 平面BDM
B
2
3
4
A D
A1
C
C1
M
B1
典型例题
例1 如图,在正方形ABCD-A1B1C1D1中,M,N分别是 C1C、B1C1的中点,求证:MN∥平面A1BD
M N
M N
分析:证明线面问题,可利用三种方 法:一是证明与平面A1BD的法向量 垂直;二是在平面A1BD内找一向量 与
B1
A1 分析 : 先建系, 然后证明A1 D // 平面CB1 D1
同理证明A1 B // 平面CB1 D1. 从而证明平面A1 BD // 平面CB1 D1.
例2 在正方体ABCD-A1B1C1D1中,O为AC与BD得 交点,G为CC1的中点,求证A1O⊥平面GBD
D! C!
B! G C B
证明:设 a b 0, b c 0, a c 0. 则
2 2 1 1 ( D1 A 1 D ) DA1 , D 1 2 2 ∴ MN ∥ DA ,∴ MN ∥ 平面A B D
1 1
D!
N A!
C! M
B!
法3:
1 1 ∵ MN C1 N C1 M D1 A1 D1 D 2 2 1 1 ( DB BA) ( D1 A1 A1 D ) 2 2 1 1 1 1 1 1 1 DB DA1 ( BA DA) DB DA1 BD DA1 0 BD 2 2 2 2 2 2 2
D! N A! B!
C! M C
平行;三是证明 可以用平面 A1BD中的两不共线向量线性表示.
D A B
例1 如图,在正方形ABCD-A1B1C1D1中,M,N分别是C1C、B1C1的中点,求 证:MN∥平面A1BD 法1:建立如图所示的空间直角坐标系.
n ( x, y, z )
n DA1 0且n DB 0,
D
C
B
即
MN
可用
DA1
DB
与
线性表示,故
A MN
DA1 , DB
与
是共面向量,∴MN∥平面A1BD
变式 : 在正方形ABCD - A1 B1C1 D1中, 求证 : 平面A1 BD // 平面CB1 D1
D
A
D1
C
B
C1
A1 B1 a , A1 D1 b, A1 A c ,
A!
1 1 D ∵ A1O A1 A AO A1 A ( AB AD ) c (a b ) O 2 2 A BD AD AB b a 1 1 1 1 OG OC CG ( AB AD ) CC1 (a b ) c . 2 2 2 1 1 2 1
3.2立体几何中的向量方法(二)
-----利用向量解决平行与垂直问题
用向量运算处理平行关系
设直线 l , m 的方向向量分别为 a , b , 平面 , 的法向量分别为 u, v ,则
线线平行 线面平行
面面平行
l ∥ m a ∥ b a kb ; l ∥ a u a u 0 ; ∥ u ∥ v u kv .
B A
小结
1.用空间向量方法证明立体几何中的平行与垂直问 题,主要运用了直线的方向向量和平面的法向量,同 时也要借助空间中已有的一些关于平行、垂直的 定理. 2.用向量方法证明平行垂直问题的步骤:
(1)建立空间图形与空间向量的关系(建系或不建系 都可),用空间向量表示问题中涉及的点、线、面;
(2)通过向量运算处理平行、垂直问题; (3)根据运算结果解释相关问题.
∴ A1O BD (c a b) (b a ) c(b a ) (a b ) (b a ) 2 2 2 1 2 2 1 2 2 c b c a (b a ) (| b | | a | ) 0 2 2
注意:1.这里的线线平行包括线线重合,线面平行 包括线在面内,面面平行包括面面重合。
用向量运算处理垂直问题
设直线 l , m 的方向向量分别为 a , b , 平面 , 的法向量分别为 u, v ,则
线线垂直
线面垂直
面面垂直
l ⊥m a ⊥b ab 0; l ⊥ a ∥ u a ku ;
取x=1,得y=-1,z=-1, ∴ 则 1 1 又 MN n ( , 0, ) (1, 1, 1) 0,∴ MN ⊥ n 2 2 得 ∴ MN ∥ 平面A1 BD
n (1, 1, 1)
例1 如图,在正方形ABCD-A1B1C1D1中,M,N分别是 C1C、B1C1的中点,求证:MN∥平面A1BD 1 1 法2: ∵ MN C1 N C1 M C1 B1 C1C
∴ A1O A1O ⊥ BD , A1O ⊥ OG .又B D OG O ,
变式: 在三棱柱ABC A ' B ' C '中, A ' C AB ', 求证:BC ' AB '
C
C' A'
B'
底面是正三角形,AA ' 底面ABC,
z D! N A! B! M C!
设 平 面 A
1
x z 0 x y 0
B D 的 法 向 量 是
设正方体的 棱长为1,则 可求得 M(0,1,1/2),N (1/2,1,1),D(0 ,0,0),
1 1 MN ( ,0, ) 2 2
D A x B
C y
A1(1,0,1),B( 1,1,0).于是
作业
P112
补充作业: 如图, 直三棱柱ABC A1B1C1中, ACB 900 , AC 1, CB 2, 侧棱AA1 1, 侧面AA1B1B的 两条对角线交点为D, B1C1的中点为M . 求证CD 平面BDM
B
2
3
4
A D
A1
C
C1
M
B1