高中数学(人教A版选修2-1)课件:3-2 第3课时 空间向量与空间角
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高中数学选修2-1精品课件:§3.2 第3课时 用空间向量解决空间角
所成的角
=
|a·b| |a||b|
范围 0,π2
直线与平面 所成的角
设直线l与平面α所成的角为θ,l的方向向量为a, 平面α的法向量为n,则sin θ=_|_co_s_〈__a_,__n_〉__|_
=
|a·n| |a||n|
0,π2
二ห้องสมุดไป่ตู้角
设二面角α-l-β为θ,平面α,β的法向量分别 为n1,n2,则|cos θ|= |cos〈n1,n2〉| = |n1·n2|
|n1||n2|
[0,π]
思考辨析 判断正误
SIKAOBIANXIPANDUANZHENGWU
1.两条异面直线所成的角与两直线的方向向量所成的角相等.( × ) 2.直线与平面所成的角等于直线与该平面法向量夹角的余角.( × ) 3.二面角的大小就是该二面角两个面的法向量的夹角.( × ) 4.若二面角两个面的法向量的夹角为120°,则该二面角的大小等于60°或 120°.( √ )
(3)求平面的法向量n; →
(4)设线面角为 θ,则 sin θ=|P→A·n|. |PA||n|
跟 踪 训 练 2 如 图 所 示 , 三 棱 柱 ABC - A1B1C1 中 , CA = CB , AB = AA1 , ∠BAA1=60°. (1)证明:AB⊥A1C;
证明 取AB的中点O,连接OC,OA1,A1B. 因为CA=CB,所以OC⊥AB. 由于AB=AA1,∠BAA1=60°, 故△AA1B为等边三角形,所以OA1⊥AB. 因为OC∩OA1=O,所以AB⊥平面OA1C. 又A1C⊂平面OA1C,故AB⊥A1C.
(2)若平面ABC⊥平面AA1B1B,AB=CB,求直线A1C与平面BB1C1C所成角的正 弦值.
高中数学 3.2.3空间向量与空间角课件 新人教A版选修2-1
的中点,求直线 AM 与 CN 所成的角的余弦值.
解析:方法一 ∵A→M=A→A1+A→1M,C→N=C→B+B→N,
栏
∴A→M·C→N=(A→A1+A→1M)·(C→B+B→N)=A→A1·B→N=21.
目 链
|A→M|= (A→A1+A→1M )2= |A→A1|2+|A→1M|2=
接
1+14= 25.同理,|C→N|= 25.设直线 AM 与 CN 所成的角为 α.
则
cos
α=|AA→→MM|··C|→C→NN|=
1 2
25×
5=25. 2
栏 目
链
∴直线 AM 与 CN 所成的角的余弦值为52.
接
规律方法:用向量法求两条异面直线所成的角是通过两条直线的方向
向量的夹角来求解的,而两条异面直线所成角 θ 的取值范围是 0,π2 ,两向量的夹角 α 的取值范围是[0,π],所以 cos θ=|cos α
完整版ppt
7
►变式训练
1.如图所示,在三棱柱ABCA1B1C1中,AA1⊥底面
ABC,AB=BC=AA1,∠ABC=90°,点E,F分别
是棱AB,BB1的中点,则直线EF和BC1所成角的大小
是__________.
栏
目
链
接
完整版ppt
8
.解析:分别以 BA,BC,BB1 为 x,y,z 轴,建立空间直角坐标系, 如图所示.
ABC 内的射影为△ABC 的中心,则 AB1 与底面 ABC 所成角的正弦值
等于( )
栏
1
2
目
A.3
B. 3
链
接
3
2
C. 3
D.3
完整版ppt
高中数学3-2第3课时空间向量与空间角精品课件同步导学新人教A版选修
1 ,即 x- 2
3 y=0z=0 . 6
因此可以取n=(1, 3,0), 2 → → 由PA=(1,0,-1),可得|cos〈PA· n〉|= 4 , 2 所以直线PA与平面PEH所成角的正弦值为 4 .
•
(2011·湖北高考)如图,已知正三棱柱ABC-A1B1C1各棱长
解析:
如图,建立空间直角坐标系A-xyz,分别延长
AE、CD交于F, 则四边形ABCF为平行四边形, ∴CD= 2. 又△PAB为等腰三角形, ∴PA=2 2. ∴A(0,0,0),B(2 2,0,0), C(0,2 2,0),D(- 2,2 2,0), P(0,0,2 2),
→ =(0,2 2,-2 2),CD → =(- 2,0,0), ∴PC → =(2 2,0,-2 2). PB 设平面PCD的法向量为n=(x,y,z),
为了测量一个山体的倾斜程度,甲站在水平地面上的A处,乙
站在山坡斜面上的B处,从A、B两点到直线l(水平地面与山坡 的交线)的距离AC和BD分别为30 m和40 m,CD的长为60 m, AB的长为80 m. • 水平地面与山坡斜面所成二面角的
余弦值是多少?
• 角的分 2.空间角
类 异面直 线 所成的 角 直线与 平面 所成的 角 二面角 的 平面角
线段HA的长为单位长,建立空间直角坐标系如图,则 A(1,0,0),B(0,1,0).
(1)证明:设C(m,0,0),P(0,0,n)(m<0,n>0),
1 m 则D(0,m,0),E2, 2 ,0. 1 m → → =(m,-1,0). 可得PE=2, 2 ,-n,BC
,C(1,1,0),F(0,0,1),B(0,=(0,-1,1), ∴AC → |= 2,|BF → |= 2,AC →· → =-1, ∴|AC BF -1 2 → → cos〈AC,BF〉= =- , 2 2 → ,BF → 〉=135° ∴〈AC .
人教版高中数学选修2-1 3.2.2 空间几何中的向量方法—空间角和距离 课件 (共35张PPT)
n
新课探究3
平面和平面所成的角---二面角
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α - l -β 的大小为θ , 其中AB ⊥ l ,AB ⊂ α ,CD ⊥ l ,CD ⊂ β .?
B
C l
A
DLeabharlann AB CD cos cos AB, CD AB CD
n1
(2)法向量法将二面角转化为
l
g n 2
g
则二面角α - l -β 的大小
二面角的两个面的法向量的 夹角.如图,向量n1 ⊥α , n2 ⊥β ,
设 n1 ,n2 = g
设 —l —的平面角为
n1
l
g n 2
-g
两个平面的法向量在二面角内 同时指向或背离。
于90°时,异面直线 l、m 所成的角与 和 的夹角的关系?
l
m
a b
m
新课探究2
设直线l的方向向量为a,平面α 的法向量为n,且直线l与 π 平面α 所成的角 l 为θ (0 ≤θ ≤ 2 ),则 l
直线和平面所成的角
a n
a
an sin | cos a , n | a n
n1
g
l
n2
设 n1 ,n2 = g 设 —l —的平面 角为
g
g
两个平面的法向量在二面角内 一个指向另一个背离。
n1
l
高中数学(人教A版选修2-1)课件:3-2 第3课时 空间向量与空间角
栏目 导引
第一章 求线面角 XXX
三角函数
如图 3221 所示,三棱锥 PABC 中,PA⊥平面 ABC,AB⊥AC, 1 PA=AC=2AB,N 为 AB 上一点,AB=4AN,M,S 分别为 PB,BC 的中点.
(1)证明:CM⊥SN; (2)求 SN 与平面 CMN 所成角的大小. 【导学号:37792141】
3 【解析】 设 l 与 α 所成的角为 θ,则 sin θ=|cos〈m,n〉|= 2 ,∴θ=60° , 应选 B.
【答案】 B
栏目 导引
第一章
三角函数
[小组合作型]
求异面直线所成的角
如图 3220,在三棱锥 VABC 中,顶点 C 在空 间直角坐标系的原点处,顶点 A,B,V 分别在 x 轴、y 轴、z 轴上,D 是线段 AB 的中点,且 AC=BC=2,∠VDC=θ.当 θ π =3时,异求面直线 AC 与 VD 所成角的余弦值.
三角函数
【自主解答】 设 PA=1,以 A 为原点,射线 AB,AC,AP 分别为 x 轴,y 轴,z 轴正向建立空间直角坐标系(如图).
栏目 导引
第一章
三角函数
1 则 P(0,0,1),C(0,1,0),B(2,0,0),又 AN=4AB,M,S 分别为 PB,BC 的中 点,
1 1 1 ∴N2,0,0,M1,0,2,S1,2,0,
1 → 1 1 → (1)证明:CM=1,-1,2,SN=-2,-2,0,
1 1 1 → → - ,- ,0=0, ∴CM· SN=1,-1,2· 2 2
因此 CM⊥SN.
栏目 导引
第一章
三角函数
1 → (2)NC=-2,1,0,设 a=(x,y,z)为平面 CMN 的一个法向量,
第一章 求线面角 XXX
三角函数
如图 3221 所示,三棱锥 PABC 中,PA⊥平面 ABC,AB⊥AC, 1 PA=AC=2AB,N 为 AB 上一点,AB=4AN,M,S 分别为 PB,BC 的中点.
(1)证明:CM⊥SN; (2)求 SN 与平面 CMN 所成角的大小. 【导学号:37792141】
3 【解析】 设 l 与 α 所成的角为 θ,则 sin θ=|cos〈m,n〉|= 2 ,∴θ=60° , 应选 B.
【答案】 B
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第一章
三角函数
[小组合作型]
求异面直线所成的角
如图 3220,在三棱锥 VABC 中,顶点 C 在空 间直角坐标系的原点处,顶点 A,B,V 分别在 x 轴、y 轴、z 轴上,D 是线段 AB 的中点,且 AC=BC=2,∠VDC=θ.当 θ π =3时,异求面直线 AC 与 VD 所成角的余弦值.
三角函数
【自主解答】 设 PA=1,以 A 为原点,射线 AB,AC,AP 分别为 x 轴,y 轴,z 轴正向建立空间直角坐标系(如图).
栏目 导引
第一章
三角函数
1 则 P(0,0,1),C(0,1,0),B(2,0,0),又 AN=4AB,M,S 分别为 PB,BC 的中 点,
1 1 1 ∴N2,0,0,M1,0,2,S1,2,0,
1 → 1 1 → (1)证明:CM=1,-1,2,SN=-2,-2,0,
1 1 1 → → - ,- ,0=0, ∴CM· SN=1,-1,2· 2 2
因此 CM⊥SN.
栏目 导引
第一章
三角函数
1 → (2)NC=-2,1,0,设 a=(x,y,z)为平面 CMN 的一个法向量,
2018版高中数学人教版A版选修2-1课件:3-2 第3课时 空间向量与空间角
D为CC1的中点,求二面角A—A1D—B的余弦值.
解析答案
返回
当堂检测
1 2 3 4 5
A
解析答案
1 2 3 4 5
2.已知两平面的法向量分别为m=(0,1,0),n=(0,1,1),则两平
面所成的二面角的大小为 ( ) C A.45° B.135° C.45°或135° D.90°
1 2 解析 ∵Biblioteka os〈m,n〉= = 2 , 2第三章 § 3.2 立体几何中的向量方法
第3课时 空间向量与空间 角
学习 目标
1.理解直线与平面所成角的概念.
2.能够利用向量方法解决线线、线面、面面的夹角问题.
3.掌握用空间向量解决立体几何问题的基本步骤.
栏目 索引
知识梳理
习
自主学
题型探究
破
重点突
当堂检测
纠
自查自
知识梳理
自主学习
知识点一 两条异面直线所成的角 设两条异面直线 a ,b所成的角为 θ,它们的方向向量分别为 a, b,则cos θ= ,范围 .
— — → 则 A(1,0,0),D(0,0,0),D1(0,0,1),C(0,2,0),D1A=(1,0, → -1),CE=(1,t-2,0),
根据数量积的定义及已知得:1+0×(t-2)+0= 2× 1+t-22· cos 60° ,
所以t=1,所以点E的位置是AB的中点.
解析答案
反思与感
都是60°. (1)证明:平面ABEF⊥EFDC; 证明 由已知可得 AF⊥DF , AF⊥FE , 所以 AF⊥ 平面 EFDC ,
又AF⊂平面ABEF,故平面ABEF⊥平面EFDC.
解析答案
(2)求二面角E-BC-A的余弦值.
高中数学人教A版选修2-1课件:3-2-3 用向量方法求空间中的角
������1 ������· ������1 ������ |������1 ������||������1 ������|
=
9 , 25
9 故A1 B与B1 C的夹角的余弦值为 , 25
9 . 25
栏目 导引
即异面直线 A1B 与 B1C 所成角的余弦值为
第一章 三角函数 典例透析
题型一 题型二 题型三 题型四
|������· ������| 或cos |������||������| 2 π 时,表示直线与平面垂 2
栏目 导引
重难聚焦
第一章
三角函数
3.二面角 剖析:(1)二面角的取值范围是[0,π]. (2)二面角的向量求法: 利用向量求二面角的平面角有两种方法: ①几何法:若 AB,CD 分别在二面角 α-l-β 的两个半平面内,且是 与棱 l 垂直的异面直线,则二面角的大小就是向量������������与������������的夹角(如 图①).
=
= .
1 7
栏目 导引
第一章 三角函数 典例透析
题型一 题型二 题型三 题型四
栏目 导引
第一章 三角函数 典例透析
题型一 题型二 题型三 题型四
设 CP=m(m>0), 则 A(1,0,0),B(1,1,0),P(0,1,m),C(0,1,0),D(0,0,0),B1(1,1,1), 所以������������ = (−1, −1,0), ������������1 = (0,0,1), ������������ = (−1,1, ������), ������������ = (−1,1,0). 因为������������ ·������������ = 0, ������������ ·������������1 = 0, 所以������������ 为平面BDD1B1 的一个法向量. 设 AP 与平面 BDD1B1 所成的角为 θ, 则 sin θ=cos 所以 cos θ= 因为 tan θ=
=
9 , 25
9 故A1 B与B1 C的夹角的余弦值为 , 25
9 . 25
栏目 导引
即异面直线 A1B 与 B1C 所成角的余弦值为
第一章 三角函数 典例透析
题型一 题型二 题型三 题型四
|������· ������| 或cos |������||������| 2 π 时,表示直线与平面垂 2
栏目 导引
重难聚焦
第一章
三角函数
3.二面角 剖析:(1)二面角的取值范围是[0,π]. (2)二面角的向量求法: 利用向量求二面角的平面角有两种方法: ①几何法:若 AB,CD 分别在二面角 α-l-β 的两个半平面内,且是 与棱 l 垂直的异面直线,则二面角的大小就是向量������������与������������的夹角(如 图①).
=
= .
1 7
栏目 导引
第一章 三角函数 典例透析
题型一 题型二 题型三 题型四
栏目 导引
第一章 三角函数 典例透析
题型一 题型二 题型三 题型四
设 CP=m(m>0), 则 A(1,0,0),B(1,1,0),P(0,1,m),C(0,1,0),D(0,0,0),B1(1,1,1), 所以������������ = (−1, −1,0), ������������1 = (0,0,1), ������������ = (−1,1, ������), ������������ = (−1,1,0). 因为������������ ·������������ = 0, ������������ ·������������1 = 0, 所以������������ 为平面BDD1B1 的一个法向量. 设 AP 与平面 BDD1B1 所成的角为 θ, 则 sin θ=cos 所以 cos θ= 因为 tan θ=
选修2-1:3-2空间向量与空间角
法一 a 取 A1B1 的中点 M, 则 M(0, , 2a), 连结 AM、 MC1, 2
3 → → 有MC1= (- a,0,0),AB= (0,a,0),AA1= (0,0, 2a). 2 ∴MC1·AB= 0,MC1·AA1= 0, → → → ∴MC1⊥AB,MC1⊥ AA1,
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题型一
求异面直线的夹角
【例1】 正方体ABCD-A1B1C1D1中,E、F分别是A1D1、A1C1 的中点,求异面直线AE与CF所成角的余弦值. → →
[思路探索] 可考虑建立空间直角坐标系,求出AE,CF的坐 标,利用坐标运算求所求角的余弦值.
解
不妨设正方体棱长为2,分别
→
→
9a2 4
→
→
→
→
3 a AC1= (- a, , 2a). 2 2 设侧面 ABB1A1 的法向量 n= (λ , x, y), ∴ n· AB= 0 且 n· AA1= 0. ∴ ax= 0 且 2ay= 0.
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→
→
→
∴x=y= 0.故 n=(λ,0, 0). ∵AC1=(-
坐标系,写出有关点的坐标.求角时有两种思路:一是由
定义找出线面角,取A1B1的中点M,连结C1M,证明 ∠C1AM是AC1与平面A1ABB1所成的角;另一种是利用平 面A1ABB1的法向量n=(λ,x,y)求解.
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解 则
建立如图所示的空间直角坐标系,
A(0,0,0),B(0,a,0),A1(0,0, 2a), 3 a C1(- a, , 2a), 2 2
3 → → 有MC1= (- a,0,0),AB= (0,a,0),AA1= (0,0, 2a). 2 ∴MC1·AB= 0,MC1·AA1= 0, → → → ∴MC1⊥AB,MC1⊥ AA1,
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题型一
求异面直线的夹角
【例1】 正方体ABCD-A1B1C1D1中,E、F分别是A1D1、A1C1 的中点,求异面直线AE与CF所成角的余弦值. → →
[思路探索] 可考虑建立空间直角坐标系,求出AE,CF的坐 标,利用坐标运算求所求角的余弦值.
解
不妨设正方体棱长为2,分别
→
→
9a2 4
→
→
→
→
3 a AC1= (- a, , 2a). 2 2 设侧面 ABB1A1 的法向量 n= (λ , x, y), ∴ n· AB= 0 且 n· AA1= 0. ∴ ax= 0 且 2ay= 0.
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→
→
→
∴x=y= 0.故 n=(λ,0, 0). ∵AC1=(-
坐标系,写出有关点的坐标.求角时有两种思路:一是由
定义找出线面角,取A1B1的中点M,连结C1M,证明 ∠C1AM是AC1与平面A1ABB1所成的角;另一种是利用平 面A1ABB1的法向量n=(λ,x,y)求解.
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解 则
建立如图所示的空间直角坐标系,
A(0,0,0),B(0,a,0),A1(0,0, 2a), 3 a C1(- a, , 2a), 2 2
人教版高中数学选修2-1课件-第课时空间角与空间距离
则 D(0,0,0),A1(1,0,1),C1(0,1,1).
由题意知D→A1=(1,0,1)是平面 ABD1 的一个法向量,
D→C1=(0,1,1)是平面 BCD1 的一个法向量.
所以 cos〈D→A1,D→C1〉=
→→ DA1·DC1 →→
=12,
|DA1|·|DC1|
所以〈D→A1,D→C1〉=60°.
(2)二面角的求法. ①几何法:作出二面角的平面角,然后通过解三角形 获解. ②向量法:设二面角 α-l-β 的大小为 θ,两个半平面的 法向量分别为 n1,n2. 当平面 α,β 的法向量与 α,β 的关系如下图所示时, 二面角 α-l-β 的平面角即为两法向量 n1,n2 的夹角〈n1,n2〉.
第三章 空间向量与立体几何
第 3 课时 空间角与空间距离 [学习目标] 1.向量法求解线线、线面、面面的夹角 (重点). 2.线线、线面、面面的夹角与向量的应用(难 点). 3.两点间的距离,点到平面的距离(重点).
[知识提炼·梳理] 1.两异面直线所成角的求法 (1)平移法:即通过平移其中一条(也可两条同时平 移),使它们转化为两条相交直线,然后通过解三角形获 解. (2)向量法:设直线 l1,l2 的方向向量分别为 a,b,a 与 b 的夹角为 φ,则 l1 与 l2 所成角 θ 满足 cos θ=|cos φ| =||aa|·|bb||.
设 AC 的中点为 M,连接 BM,
则 BM⊥AC, 又由题意知 BM⊥CC1, 又 AC∩CC1=C, 所以 BM⊥平面 A1C1C, 即B→M=(1,1,0)是平面 A1C1C 的一个法向量. 设平面 A1B1C 的法向量为 n=(x,y,z). A→1C=(-2,2,-2),A→1B1=(-2,0,0),
由题意知D→A1=(1,0,1)是平面 ABD1 的一个法向量,
D→C1=(0,1,1)是平面 BCD1 的一个法向量.
所以 cos〈D→A1,D→C1〉=
→→ DA1·DC1 →→
=12,
|DA1|·|DC1|
所以〈D→A1,D→C1〉=60°.
(2)二面角的求法. ①几何法:作出二面角的平面角,然后通过解三角形 获解. ②向量法:设二面角 α-l-β 的大小为 θ,两个半平面的 法向量分别为 n1,n2. 当平面 α,β 的法向量与 α,β 的关系如下图所示时, 二面角 α-l-β 的平面角即为两法向量 n1,n2 的夹角〈n1,n2〉.
第三章 空间向量与立体几何
第 3 课时 空间角与空间距离 [学习目标] 1.向量法求解线线、线面、面面的夹角 (重点). 2.线线、线面、面面的夹角与向量的应用(难 点). 3.两点间的距离,点到平面的距离(重点).
[知识提炼·梳理] 1.两异面直线所成角的求法 (1)平移法:即通过平移其中一条(也可两条同时平 移),使它们转化为两条相交直线,然后通过解三角形获 解. (2)向量法:设直线 l1,l2 的方向向量分别为 a,b,a 与 b 的夹角为 φ,则 l1 与 l2 所成角 θ 满足 cos θ=|cos φ| =||aa|·|bb||.
设 AC 的中点为 M,连接 BM,
则 BM⊥AC, 又由题意知 BM⊥CC1, 又 AC∩CC1=C, 所以 BM⊥平面 A1C1C, 即B→M=(1,1,0)是平面 A1C1C 的一个法向量. 设平面 A1B1C 的法向量为 n=(x,y,z). A→1C=(-2,2,-2),A→1B1=(-2,0,0),
人教A版高中数学选修2-1课件3.2第3课时空间向量与空间角
(1)当CF=1时,求证:EF⊥A1C; (2)设二面角C-AF-E的大小为θ,
求tan θ的最小值.
解析: (1)证明:建立如图所示的空间直 角坐标系,
则由已知可得A(0,0,0),B(2 3 ,2,0), C(0,4,0),A1(0,0,4),E( 3,3,0),F(0,4,1).
于是 C→A1 =(0,-4,4), E→F =(- 3 , 1,1).
图形
1.若直线l的方向向量与平面α的法向量的夹角等于120°, 则直线l与平面α所成的角等于( )
A.120°
B.60°
C.30°
D.以上均错
答案: C
2.设ABCD,ABEF都是边长为1的正方形,FA⊥面ABCD, 则异面直线AC与BF所成角等于( )
A.45°
B.30°
C.90°
D.60°
解析: 建立如图所示的空间直角坐标系Axyz,则A(0,0,0), C(1,1,0),F(0,0,1),B(0,1,0),
高中数学课件
灿若寒星整理制作
第3课时 空间向量与空间角
1.理解直线与平面所成角的概念. 2.能够利用向量方法解决线线、线面、面面的夹角求法问 题. 3.体会空间向量解决立体几何问题的三步曲.
1.向量法求解线线、线面、面面的夹角.(重点) 2.线线、线面、面面的夹角与向量的应用.(难点)
1.山体滑坡是一种常见的自然灾害.甲、乙两名科技人员为 了测量一个山体的倾斜程度,甲站在水平地面上的A处,乙站在 山坡斜面上的B处,从A、B两点到直线l(水平地面与山坡的交线) 的距离AC和BD分别为30 m和40 m,CD的长为60 m,AB的长为 80 m.
故A→M·C→N=0×1+12×0+1×12=12,
求tan θ的最小值.
解析: (1)证明:建立如图所示的空间直 角坐标系,
则由已知可得A(0,0,0),B(2 3 ,2,0), C(0,4,0),A1(0,0,4),E( 3,3,0),F(0,4,1).
于是 C→A1 =(0,-4,4), E→F =(- 3 , 1,1).
图形
1.若直线l的方向向量与平面α的法向量的夹角等于120°, 则直线l与平面α所成的角等于( )
A.120°
B.60°
C.30°
D.以上均错
答案: C
2.设ABCD,ABEF都是边长为1的正方形,FA⊥面ABCD, 则异面直线AC与BF所成角等于( )
A.45°
B.30°
C.90°
D.60°
解析: 建立如图所示的空间直角坐标系Axyz,则A(0,0,0), C(1,1,0),F(0,0,1),B(0,1,0),
高中数学课件
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第3课时 空间向量与空间角
1.理解直线与平面所成角的概念. 2.能够利用向量方法解决线线、线面、面面的夹角求法问 题. 3.体会空间向量解决立体几何问题的三步曲.
1.向量法求解线线、线面、面面的夹角.(重点) 2.线线、线面、面面的夹角与向量的应用.(难点)
1.山体滑坡是一种常见的自然灾害.甲、乙两名科技人员为 了测量一个山体的倾斜程度,甲站在水平地面上的A处,乙站在 山坡斜面上的B处,从A、B两点到直线l(水平地面与山坡的交线) 的距离AC和BD分别为30 m和40 m,CD的长为60 m,AB的长为 80 m.
故A→M·C→N=0×1+12×0+1×12=12,
2020版高中人教A版数学选修2-1课件:3.2.3空间向量与空间角、距离
3
AuuuFr=
(
3 2
,.12设,1平). 面AEF的一个法向量为m=(x1,y1,z1),
则
uuur mgAE uuur
0,因此
mgAF 0,
3x1 0,
3 2
x1
1 2
y1
z1
0.
取z1=-1,则m=(0,2,-1).连接BD,
因为BD⊥AC,BD⊥PA,PA∩AC=A,
所以BD⊥平面PAC,所以BD⊥平面AFC.Bu故uDur 为平面AFC
()
提示:(1)√.两条异面直线所成的角的范围是 余弦值非负.
(0其, ],
2
(2)×.直线与平面所成的角的余角等于直线的方向向
量与平面的法向量所成的角或其补角.
(3)×.两平面的夹角与两个平面的法向量所成的角相
等或互补.
2.设异面直线l1,l2的方向向量分别为a=(1,1,0),b=(1, 0,-1),则异面直线l1,l2所成角的大小为________.
【解析】 (1)连接B1C,ME.
因为M,E分别为BB1,BC的中点, 所以ME∥B1C,且ME12= B1C. 又因为N为A1D的中点,所以ND12= A1D. 由题设知A1B1 DC,故四边形A1B1CD为平行四边形,
故B1C A1D,故ME ND,
因此四边形MNDE为平行四边形,MN∥ED. 又MN平面C1DE,所以MN∥平面C1DE.
(2)坐标法: ①建系:建立空间直角坐标系; ②找坐标:求出两条异面直线的方向向量的坐标; ③求夹角:利用向量夹角的公式计算两直线方向向量的 夹角;
④下结论:结合异面直线所成角的范围,得到异面直线 所成的角. 提醒:两条异面直线所成的角的取值范围是 (0,].
高中数学(人教版选修2-1)配套课件:第3章 空间向量与立体几何3.2
A1D—B的余弦值.
解析答
当堂检测
1
2
3
4
5
A
解析答
1
2
3
4
5
2.已知两平面的法向量分别为m=(0,1,0),n=(0,1,1),则两平面所成的二面角的大小为 ( )
C
B.135° D.90°
A.45° C.45°或135°
解析
1 2 ∵cos〈m,n〉= = 2 , 2
∴二面角的大小为45°或135°.
解析答
1
2
3ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
4
5
解析答
1
2
3
4
5
4.正方体ABCD-A1B1C1D1中,BB1与平面ACD1所成角的余弦值为(
)
2 A. 3
3 B. 3
2 C.3
6 D. 3
解析答
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高中数学课件
第三章
§ 3.2
立体几何中的向量方法
第3课时 空间向量与空间角
学习 目标
1.理解直线与平面所成角的概念. 2.能够利用向量方法解决线线、线面、面面的夹角问题.
3.掌握用空间向量解决立体几何问题的基本步骤.
栏目 索引
知识梳理
自主学习
题型探究
重点突破
当堂检测
自查自纠
= ,范围 .
题型探究 重点突破 题型一 例1 两条异面直线所成角的向量求法
如图,在直三棱柱A1B1C1-ABC中,AB⊥AC,AB=AC=2,A1A=4,点D是BC的中点.求
异面直线A1B与C1D所成角的余弦值.
反思与
解析答
跟踪训练1 如图,在长方体ABCD-A1B1C1D1中,AD= AA1=1,AB=2,点E是棱AB上的动点.若异面直线 AD1与EC所成角为60°,试确定此时动点E的位置.
人教A版数学选修2-1教学课件3.2 第3课时 空间向量与空间角 探究导学课型精选ppt课件
由
2 2
E FA B (0 , 1, 1)2 a,0 ,00 ,
得
即EF⊥2A2 B,同理EF⊥PB,
又AEBF∩PABB=,B,所以EF⊥平面PAB.
(2)由 a 得2 , E( 2,0,0),F( 2,1,1),C(2,0,0).
有 A C (2 2 , 1 ,0),E F 由 2((10 ),知1,平1), 面2PA2B2 的一个法向量为
EF(0, 1, 1),
AE与EF
22
〈则AsEi,nEFα〉.=
|cos〈 A E,EF〉 ||A EEF|
|(
2,1,0) 2
(0,1,1)| 22
1 2
3.
|A E||EF|
31
33
所以,AE与平面PAB所成角的正弦值为 2 2
4
3. 3
2.(改变问法)本例(2)条件不变,求直线AC与平面AEF所成角的正弦 值.
因为P是A1B1上任意一点, 所以不妨设P(2a,m,2a)(0≤m≤2a). 所以 =(0,0,a)-(2a,0,0)=(-2a,0,a),
=(A2Ma,m,2a)-(a,a,0)=(a,m-a,2a). 所O 以P =-2a×a+0×(m-a)+a×2a=0. 所以异A面M直OP线AM与OP所成的角为
ab a1b1a2b2 . ab a12a22 b12b22
3.观察下表,分析异面直线所成角的余弦值是否等于它们的方向向量 所成角的余弦值. 设a,b分别是两异面直线l1,l2的方向向量.
l1与l2所成的角θ
a与b的夹角
范围
0<θ ≤
0<<a,b><π
2
求法
cosθ =|cos<a,b>|= | a b |
高中数学课件:3.2 第3课时《空间向量与空间角》(新人教A选修2-1)
l的方向向量为a,平面α的法 向θ=量_为__n__,__则_|_sc_io_sn〈__a=,n〉|
an
[0, ]
___2__
an
_____.
设二面角α-l-β为θ,平面α,
β的法向量分别为n1,n2,则
|cosθ|
| n1 n2 |
cos〈n1,n2〉 | n1 || n2 |
=___________=_______.
[__0_,__π_]_ _
判断:(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)直线与平面所成的角α与该直线的方向向量与平面的法
向量的夹角β互余.( )
(2)二面角的大小范围是
()
(3)二面角的大小等于其两个半平面的法向量的夹角的大
小.( )
[0,]. 2
提示:(1)错误,它们之间满足sin α=|cos β|. (2)错误,二面角的大小范围是[0,π]. (3)错误,二面角的大小与其两个半平面的法向量的夹角的大 小相等或互补. 答案:(1)× (2)× (3)×
则F1(
A 1, 0,
1 ,0,1), 2
0 , B 0,1, 0 ,
uuur 则AF1Biblioteka (1 2D1(
1 2
, 0,1),
,
1 2
,1),
∴BuuDBuur1D1(与12 ,AF121,所1),成角的余弦值为
uuur AF1
5 2
,
uuuur BD1
6, 2
uuur uuuur
uuuur uuur cos〈BD1, AF1〉
【知识点拨】
1.对直线(或斜线)与平面所成角的四点认识
(1)斜线与平面的夹角范围是 而直线与平面的夹角范围
高中数学新课标人教A版选修2-1:3.2(第三课时)课件
a 2 c2 b2 2CA DB
第十五页,编辑于星期一:点 十七分。
于是,得 2CA DB a 2 b2 c2 d 2
设向量 CA与 DB的夹角为 , 就 是库底与水坝所成的二面角。
因此 2ab cos a 2 b2 c2 d 2 .
所以
cos a 2 b2 c2 d 2 .
第二十七页,编辑于星期一:点 十七分。
1.(2014·长春高二检测)在长方体 ABCD-A1B1C1D1 中,AB
=2,BC=2,DD1=3, 则 AC 与 BD1 所成角的余弦值为( A )
A.0
B.3
70 70
C.-3
70 70
D.
70 70
2.(2014·哈尔滨高二检测)在正四棱锥 S-ABCD
FD ( 1 , 1 , 2), 333
因为 cos EFD FE FD FE FD
( 1 , 1 , 1) ( 1 , 1 , 2) 36 6 3 3 3 66
1
6 1
1, 2
63
3
所以EFD 60 ,即二面角 C PB D的大小为 60 .
第二十三页,编辑于星期一:点 十七分。
P
E
F
D A
C
B
第十七页,编辑于星期一:点 十七分。
解:如图所示建立空间直角坐标系,点D为坐标原点
,设DC=1.
(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),
E(0, 1 , 1 ),
P
22
因为底面ABCD是正方形,
所以点G是此正方形的中心,
中,O 为顶点在底面内的投影,P 为侧棱 SD 的中
人教A版高中数学选修2-1课件第三章3.2第三课时空间向量与空间角、距离.pptx
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理解教材新知
3.2
第 三 章
第 三 课 时
把握热点考向
应用创新演练
考点一 考点二 考点三 考点四
第三课时 空间向量与空间角、距离
山体滑坡是一种常见的自然灾害. 甲、乙两名科技人员为了测量一个山 体的倾斜程度,甲站在水平地面上的 A处,乙站在山坡斜面上的B处,A, B两点到直线l(水平地面与山坡的交线)的距离AC和BD分别 为30 m和40 m,CD的长为60 m,AB的长为80 m.
[思路点拨] 解答本题可建立适当的空间直角坐标系, 利用平面的法向量求解;也可在二面角的两个面内分别作 棱的垂线,利用两线的方向向量所成的角求解.
[精解详析] 法一:如图,建立空间直角坐标系,则
A(0,0,0),B( 2,1,0),
C(0,1,0),P(0,0,1),
uuur
uuur
∴ AP=(0,0,1), AB=( 2,1,0).
则 O(0,0,0),O1(0,1, 3),A( 3,0,0), A1( 3,1, 3),B(0,2,0),
uuur uuur uuur ∴ A1B= A1B-OA1
=(- 3,1,- 3), uuur uuur uuur O1 A=OA-OO1
=( 3,-1,- 3).
uuur uuur ∴cos〈 A1B,O1 A〉
uuuur | AC1 |=
34a2+a42+2a2= 3a,
uuuur | AM |=
a42+2a2=32a,
9a2
uuuur uuuur ∴cos〈 AC1 , AM 〉=
3a4×32a=
3 2.
uuuur uuuur ∴〈 AC1 , AM 〉=30°,
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理解教材新知
3.2
第 三 章
第 三 课 时
把握热点考向
应用创新演练
考点一 考点二 考点三 考点四
第三课时 空间向量与空间角、距离
山体滑坡是一种常见的自然灾害. 甲、乙两名科技人员为了测量一个山 体的倾斜程度,甲站在水平地面上的 A处,乙站在山坡斜面上的B处,A, B两点到直线l(水平地面与山坡的交线)的距离AC和BD分别 为30 m和40 m,CD的长为60 m,AB的长为80 m.
[思路点拨] 解答本题可建立适当的空间直角坐标系, 利用平面的法向量求解;也可在二面角的两个面内分别作 棱的垂线,利用两线的方向向量所成的角求解.
[精解详析] 法一:如图,建立空间直角坐标系,则
A(0,0,0),B( 2,1,0),
C(0,1,0),P(0,0,1),
uuur
uuur
∴ AP=(0,0,1), AB=( 2,1,0).
则 O(0,0,0),O1(0,1, 3),A( 3,0,0), A1( 3,1, 3),B(0,2,0),
uuur uuur uuur ∴ A1B= A1B-OA1
=(- 3,1,- 3), uuur uuur uuur O1 A=OA-OO1
=( 3,-1,- 3).
uuur uuur ∴cos〈 A1B,O1 A〉
uuuur | AC1 |=
34a2+a42+2a2= 3a,
uuuur | AM |=
a42+2a2=32a,
9a2
uuuur uuuur ∴cos〈 AC1 , AM 〉=
3a4×32a=
3 2.
uuuur uuuur ∴〈 AC1 , AM 〉=30°,
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1 1 1 → → - ,- ,0=0, ∴CM· SN=1,-1,2· 2 2
因此 CM⊥SN.
1 → (2)NC=-2,1,0,设 a=(x,y,z)为平面 CMN 的一个法向量,
→· →· ∴CM a=0,NC a=0. 1 x-y+2z=0, 则 -1x+y=0, 2
x=2y, ∴ z=-2y.
取 y=1,得 a=(2,1,-2. 1 -1-2 2 → 因为 cos〈 a,SN= =- 2 . 2 3× 2 3 → ∴〈a,SN〉=4π. 3 π π 所以 SN 与平面 CMN 所成的角为4π-2=4.
→ 1.本题中直线的方向向量SN与平面的法向量 a 的夹角并不是所求线面角 θ, → 它们的关系是 sin θ=|cos〈SN,a〉|. 2.若直线 l 与平面 α 的夹角为 θ,利用法向量计算 θ 的步骤如下:
【精彩点拨】 (1)怎样建立坐标系? → → (2)向量CM与SN满足什么关系时有 CM⊥SN 成立? → → (3)SN的坐标是多少?平面 CMN 的一个法向量怎么求?SN与平面 CMN 的 法向量的夹角就是 SN 与平面 CMN 所成的角吗?
【自主解答】 设 PA=1,以 A 为原点,射线 AB,AC,AP 分别为 x 轴,y 轴,z 轴正向建立空间直角坐标系(如图).
角的分类
向量求法
范围
π 0, 2
两异面直线 l1 与 设 l1 与 l2 的方向向量为 a,b,则 cos θ= l2 所成的角 θ ________=________
直线 l 与平面 α 设 l 的方向向量为 a, 平面 α 的法向量为 n, π 0, 2 所成的角 θ 则 sin θ=________=________ 二面角 αlβ 的 平面角 θ 设平面 α,β 的法向量为 n1,n2,则|cos θ| |n1· n2| =________=|n |· 1 |n2| [0,π]
1.几何法求异面直线的夹角时, 需要通过作平行线将异面直线的夹角转化为 平面角,再解三角形来求解,过程相当复杂;用向量法求异面直线的夹角,可 以避免复杂的几何作图和论证过程,只需对相应向量进行运算即可.
π 2.由于两异面直线夹角 θ 的范围是0,2,而两向量夹角 α 的范围是[0,π],
图 3220
确定A,C,V, → 与VD → 【精彩点拨】 → 求向量AC D的坐标 → ,VD → 〉的大小,并转化 计算 cos 〈 AC → 为AC与VD夹角的余弦值
【自主解答】 由于 AC=BC=2,D 是 AB 的中点, 所以 C(0,0,0),A(2,0,0),B(0,2,0),D(1,1,0). π 当 θ=3时,在 Rt△VCD 中,CD= 2,∴V(0,0, 6), → → ∴AC=(-2,0,0),VD=(1,1,- 6), →· → -2 AC VD 2 → → ∴cos〈AC,VD〉= = =- 4 . → → 2 × 2 2 |AC||VD| 2 ∴异面直线 AC 与 VD 所成角的余弦值为 4 .
故应有 cos θ=|cos α|,求解时要特别注意.
[再练一题] 1.在长方体 ABCDA1B1C1D1 中,已知 DA=DC=4,DD1=3,求异面直线 A1B 与 B1C 所成角的余弦值.
【解】 以 D 为坐标原点,分别以 DA,DC,DD1 所在直线为 x 轴、y 轴、 z 轴建立空间直角坐标系,如图,则 A1(4,0,3),B(4,4,0),B1(4,4,3),C(0,4,0),
|a· b| |a· n| 【答案】 |cos〈 a,b〉 | |a||b| |cos〈 a,n〉 | |a||n| |cos〈 n1,n2〉 |
已知向量 m,n 分别是直线 l 与平面 α 的方向向量、法向量,若 cos〈m,n〉 3 =- 2 ,则 l 与 α 所成的角为( A.30° B.60° C.150° ) D.120°
阶 段 一
阶 段 三
第 3 课时 空间向量与空间角
阶 段 二 学 业 分 层 测 评
1.会用向量法求线线、线面、面面的夹角.(重点、难点) 2.正确区分向量夹角与所求线线角、面面角的关系.(易错点)
[基础· 初探] 教材整理 空间角的向量求法 阅读教材 P106~P110 的内容,完成下列问题.
1 则 P(0,0,1),C(0,1,0),B(2,0,0),又 AN=4AB,M,S 分别为 PB,BC 的中 点,
1 1 1 ∴N2,0,0,M1,0,2,S1,2,0,
1 → 1 1 → (1)证明:CM=1,-1,2,SN=-2,-2,0,
求线面角 XXX
如图 3221 所示,三棱锥 PABC 中,PA⊥平面 ABC,AB⊥AC, 1 PA=AC=2AB,N 为 AB 上一点,AB=4AN,M,S 分别为 PB,BC 的中点.
(1)证明:CM⊥SN; (2)求 SN 与平面 CMN 所成角的大小. 【导学号:37792141】
图 3221
3 【解析】 设 l 与 α 所成的角为 θ,则 sin θ=|cos〈m,n〉|= 2 ,∴θ=60° , 应选 B.
【答案】 B
[小组合作型]
求异面直线所成的角
如图 3220,在三棱锥 VABC 中,顶点 C 在空 间直角坐标系的原点处,顶点 A,B,V 分别在 x 轴、y 轴、z 轴上,D 是线段 AB 的中点,且 AC=BC=2,∠VDC=θ.当 θ π =3时,异求面直线 AC 与 VD 所成角的余弦值.
→ → 得A B = (0,4 ,- 3) , B 1 1C=(-4,0,-3). → → A B · B 9 1 1C → → 设A1B与B1C的夹角为 θ,则 cos θ= =25, → → |A B||B C|
1 1
9 → → 故A1B与B1C的夹角的余弦值为25, 9 即异面直线 A1B 与 B1C 所成角的余弦值为25.
因此 CM⊥SN.
1 → (2)NC=-2,1,0,设 a=(x,y,z)为平面 CMN 的一个法向量,
→· →· ∴CM a=0,NC a=0. 1 x-y+2z=0, 则 -1x+y=0, 2
x=2y, ∴ z=-2y.
取 y=1,得 a=(2,1,-2. 1 -1-2 2 → 因为 cos〈 a,SN= =- 2 . 2 3× 2 3 → ∴〈a,SN〉=4π. 3 π π 所以 SN 与平面 CMN 所成的角为4π-2=4.
→ 1.本题中直线的方向向量SN与平面的法向量 a 的夹角并不是所求线面角 θ, → 它们的关系是 sin θ=|cos〈SN,a〉|. 2.若直线 l 与平面 α 的夹角为 θ,利用法向量计算 θ 的步骤如下:
【精彩点拨】 (1)怎样建立坐标系? → → (2)向量CM与SN满足什么关系时有 CM⊥SN 成立? → → (3)SN的坐标是多少?平面 CMN 的一个法向量怎么求?SN与平面 CMN 的 法向量的夹角就是 SN 与平面 CMN 所成的角吗?
【自主解答】 设 PA=1,以 A 为原点,射线 AB,AC,AP 分别为 x 轴,y 轴,z 轴正向建立空间直角坐标系(如图).
角的分类
向量求法
范围
π 0, 2
两异面直线 l1 与 设 l1 与 l2 的方向向量为 a,b,则 cos θ= l2 所成的角 θ ________=________
直线 l 与平面 α 设 l 的方向向量为 a, 平面 α 的法向量为 n, π 0, 2 所成的角 θ 则 sin θ=________=________ 二面角 αlβ 的 平面角 θ 设平面 α,β 的法向量为 n1,n2,则|cos θ| |n1· n2| =________=|n |· 1 |n2| [0,π]
1.几何法求异面直线的夹角时, 需要通过作平行线将异面直线的夹角转化为 平面角,再解三角形来求解,过程相当复杂;用向量法求异面直线的夹角,可 以避免复杂的几何作图和论证过程,只需对相应向量进行运算即可.
π 2.由于两异面直线夹角 θ 的范围是0,2,而两向量夹角 α 的范围是[0,π],
图 3220
确定A,C,V, → 与VD → 【精彩点拨】 → 求向量AC D的坐标 → ,VD → 〉的大小,并转化 计算 cos 〈 AC → 为AC与VD夹角的余弦值
【自主解答】 由于 AC=BC=2,D 是 AB 的中点, 所以 C(0,0,0),A(2,0,0),B(0,2,0),D(1,1,0). π 当 θ=3时,在 Rt△VCD 中,CD= 2,∴V(0,0, 6), → → ∴AC=(-2,0,0),VD=(1,1,- 6), →· → -2 AC VD 2 → → ∴cos〈AC,VD〉= = =- 4 . → → 2 × 2 2 |AC||VD| 2 ∴异面直线 AC 与 VD 所成角的余弦值为 4 .
故应有 cos θ=|cos α|,求解时要特别注意.
[再练一题] 1.在长方体 ABCDA1B1C1D1 中,已知 DA=DC=4,DD1=3,求异面直线 A1B 与 B1C 所成角的余弦值.
【解】 以 D 为坐标原点,分别以 DA,DC,DD1 所在直线为 x 轴、y 轴、 z 轴建立空间直角坐标系,如图,则 A1(4,0,3),B(4,4,0),B1(4,4,3),C(0,4,0),
|a· b| |a· n| 【答案】 |cos〈 a,b〉 | |a||b| |cos〈 a,n〉 | |a||n| |cos〈 n1,n2〉 |
已知向量 m,n 分别是直线 l 与平面 α 的方向向量、法向量,若 cos〈m,n〉 3 =- 2 ,则 l 与 α 所成的角为( A.30° B.60° C.150° ) D.120°
阶 段 一
阶 段 三
第 3 课时 空间向量与空间角
阶 段 二 学 业 分 层 测 评
1.会用向量法求线线、线面、面面的夹角.(重点、难点) 2.正确区分向量夹角与所求线线角、面面角的关系.(易错点)
[基础· 初探] 教材整理 空间角的向量求法 阅读教材 P106~P110 的内容,完成下列问题.
1 则 P(0,0,1),C(0,1,0),B(2,0,0),又 AN=4AB,M,S 分别为 PB,BC 的中 点,
1 1 1 ∴N2,0,0,M1,0,2,S1,2,0,
1 → 1 1 → (1)证明:CM=1,-1,2,SN=-2,-2,0,
求线面角 XXX
如图 3221 所示,三棱锥 PABC 中,PA⊥平面 ABC,AB⊥AC, 1 PA=AC=2AB,N 为 AB 上一点,AB=4AN,M,S 分别为 PB,BC 的中点.
(1)证明:CM⊥SN; (2)求 SN 与平面 CMN 所成角的大小. 【导学号:37792141】
图 3221
3 【解析】 设 l 与 α 所成的角为 θ,则 sin θ=|cos〈m,n〉|= 2 ,∴θ=60° , 应选 B.
【答案】 B
[小组合作型]
求异面直线所成的角
如图 3220,在三棱锥 VABC 中,顶点 C 在空 间直角坐标系的原点处,顶点 A,B,V 分别在 x 轴、y 轴、z 轴上,D 是线段 AB 的中点,且 AC=BC=2,∠VDC=θ.当 θ π =3时,异求面直线 AC 与 VD 所成角的余弦值.
→ → 得A B = (0,4 ,- 3) , B 1 1C=(-4,0,-3). → → A B · B 9 1 1C → → 设A1B与B1C的夹角为 θ,则 cos θ= =25, → → |A B||B C|
1 1
9 → → 故A1B与B1C的夹角的余弦值为25, 9 即异面直线 A1B 与 B1C 所成角的余弦值为25.