空间中向量的概念和运算-课件
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(2)数量积的运算律:
数乘向量与向量 数量积的结合律
交换律
分配律
(λa)·b=λ(a·b)
a·b=b·a a·(b+c)=a·b+
a·c
思考感悟
2.(1)两个向量a、b垂直的充要条件是a·b= 0,对吗? (2)若a·b=0,则a=0或b=0,对吗? 提示:(1)不对;(2)不对.
考点一
课堂互动讲练
所
以D→M
=D→A
+
→ AM
=12
(a
+b)-
c
=12
(a+
b-
2c).
(2)在△BCD 中,G→M=13D→M=13·12(a+b-2c)
=16a+16b-13c.
(3)在△ADG 中,注意到三角形重心的性质,得
A→G=A→D+D→G=c+23
→
DM
=c+23(12D→B+12D→C)
=c+13(A→B-A→D+A→C-A→D)
∴S→C⊥A→B,即 SC⊥AB.
方法感悟
1.在运用空间向量的运算法则化简向量表达式 时,要结合空间图形,观察分析各向量在图形中 的表示,运用运算法则,化简到最简为止. 2.证明两向量共线的方法为:首先判断两向量中 是否有零向量.若有,则两向量共线;若两向量 a,b中,b≠0,且有a=λb(λ∈R),则a,b共线.
3.空间向量加法的运算律 (1)交换律:a+b=__b_+__a__. (2)结合律:(a+b)+c=a+(b+c). 4.空间向量的数乘运算 (1)定义:实数λ与空间向量a的乘积__λ_a___仍然是 一个___向__量___,称为向量的数乘运算. (2)向量a与λa的关系
λ的范 围 λ>0
λ=0
例1 如图,已知长方体 ABCD-A′B′C′D′, 化简下列向量表达式,并在图中标出化简结果的向 量. (1)A→A′-C→B; (2)A→A′+A→B+B′→C′.
【思路点拨】 (1) 分析题意 → 将C→B等价转化为D→A → D→A转化为-A→D → 平行四边形法则 → 得出结论 (2) 应用平行四边形法则先求A→ A′+A→B → 应用三角形法则求AB→′+B′→C′
3.两向量的数量积,其结果是个数量,而不是向 量,它的值为两向量的模与两向量夹角的余弦值 的乘积,其符号由夹角的余弦值决定. 4.当a≠0时,由a·b=0不能推出b一定是零向量, 这是因为任一个与a垂直的非零向量b,都有a·b= 0,这由向量的几何意义就可以理解.
•
9、有时候读书是一种巧妙地避开思考 的方法 。2021/3/52021/3/5Fr iday, March 05, 2021
线线垂直.
例3 如 图 所 示 , 已 知 平 行 六 面 体 ABCD - A1B1C1D1中,底面ABCD是边长为a的正方形,侧 棱AA1的长为b,∠A1AB=∠A1AD=120°, (1)求AC1的长; (2)证明:AC1⊥BD.
【解】 (1)∵A→C12=(A→C+C→C1)2
=(A→B+A→D+A→A1)2
考点突破 空间向量的加减运算
(1)计算两个空间向量的和或差时,与平面向量 完全相同.运算中掌握好三角形法则和平行四 边形法则是关键. (2)计算三个或多个空间向量的和或差时,要注 意以下几点:
①三角形法则和平行四边形法则; ②正确使用运算律; ③有限个向量顺次首尾相连,则从第一个向量的 起点指向最后一个向量的终点的向量即表示这有 限个向量的和向量.
=E→F.(说明:表示方法不唯一)
(2)连接 BD,依题意知 M 为 BD 的中点,则M→N =M→B+B→N =12D→B+34B→ C′=12(D→A+A→B)+34(B→C+C→ C′) =12(-A→D+A→B)+34(A→D+A→ A′) =12A→B+14A→D+34AA→′.
∴α=12,β=14,γ=34.
→ 得出结论
【解】 (1)A→ A′-C→B=AA→′-D→A
=A→ A′+A→D=AD→′.
(2)A→ A′+A→B+B′→C′ =(A→ A′+A→B)+B′→C′ =A→ B′+B′→C′=A→C′.
向量AD→′、AC→′如图所示.
【名师点评】 化简向量表达式主要是利用平行 四边形法则或三角形法则.在化简过程中遇到减 法时可灵活应用相反向量转化成加法,也可按减 法法则进行运算,加、减法之间可相互转化.
知新益能
1.空间向量 (1)空间向量的定义 在空间,把具有_大__小___和__方__向__的量叫作空间向 量,向量的__大__小___叫作向量的长度或模.
(2)空间向量及其模的表示方法 空间向量用有向线段表示,有向线段的_长__度___ 表示向量的模.如图,a 的起点是 A,终点是 B,
则 a 也可记作__A→_B__,其模记作|A→B|或|a|.
=c+13(a+b-2c)=13(a+b+c).
【名师点评】 (1)有限多个空间向量 a1,a2,
a3,…,an 相加,可以从某点 O 出发,逐一引向
→ 量O→A1=a1,A→1A2=a2,…,An-1An =an.如图,
于是以所得折线 OA1A2…An 的起点 O 为起点,终
点 An 为终点的向量O→An就是 a1,a2,…,an 的和,
考点二
空间向量的线性运算
空间向量加法、减法、数乘向量的意义及运算 律与平面向量类似.
例2 如图所示,已知空间四边形 ABCD 中,向量 A→B=a,A→C=b,A→D=c,若 M 为 BC 中点,G 为 △BCD 的重心,试用 a、b、c 表示下列向量: (1)D→M;(2)G→M;(3)A→G.
2.空间向量的加减法 从任意一点 O 出发作O→A=a,O→B=b.并且从 A
出发作A→C=b(如图所示),则 a+b=_O→_C__,a-b =___B_→_A_.
思考感悟 1.空间两向量的加减法与平面内两向量的加减 法完全一样吗? 提示:一样.因为空间中任意两个向量均可平 移到同一个平面内,所以空间向量与平面向量 加减法均可以用三角形或平行四边形法则,是 一样的.
=
→ (AB
+A→D
+
→ AA1
→ )·(AD
-
→ AB)
=
→ AB
→ ·AD
+
→ AD
2
+
→ AA1
→ ·AD
-
→ AB
2
-
→ AD
→ ·AB
-
→ AA1
·A→B=A→A1
·A→D-A→A1·A→B
=bacos120°-bacos120°=0.
∴A→C1⊥B→D,即 AC1⊥BD.
【名师点评】 (1)求两点间的距离或某条线段 的长度的方法:将此线段用向量表示后,利用|a| = |a|2= a·a求解. (2)证明两直线垂直可转化为证明两直线的方向
→ 即O→An
=
→ OA1
+
→ A1A2
+
…
+
An-1An
=a1+a2+…
ห้องสมุดไป่ตู้
+an.此即为空间向量的多边形法则.
(2)用折线作向量的和时,若折线的终点与起点重
合,则和向量为零向量.
自我挑战 1 已知 ABCD-A′B′C′D′是平 行六面体. (1)化简12AA→′+B→C+23A→B,并在图中标出其结 果; (2)设 M 是 底 面 ABCD 的 中 心 , N 在 侧 面 BCC′B′的对角线 BC′上,且 BN=3NC′,
λ<0
方向关系
模的关系
方向相同 λa=0,其方向是任意
的 方向相反
λa的模是 a的模的
|λ|倍
(3)空间向量的数乘运算律 设 λ、μ 是实数,则有①分配律:λ(a+b)= ___λ_a_+__λ_b_____. ②结合律:λ(μ a)=(λμ)a. 5.空间向量的数量积 (1)定义:从空间任意一点 O 出发作O→A=a,O→B =b,则 θ=__∠_A_O__B___就是 a,b 所成的角,a, b 的数量积 a·b=|a||b|cosθ.
设M→N=αA→B+βA→D+γA→ A′,试求 α、β、γ 的
值.
解:(1)如图所示,取 AA′的中点为 E,则12A→ A′
=E→ A′. 又B→C=A′→D′, A→B=D′→C′,
取
F
为
D′C′
的
一
个
三
等
分
点
( D→′F
=
2 3
D′→C′),
则D→′F=23A→B.
∴12A→ A′+B→C+23A→B=E→ A′+A′→D′+D→′F
【思路点拨】 连接AM得 到△ADM,利用线段中点 的向量表示和三角形的重心 的意义,在△ADM中开始 进行向量运算.
【解】(1)连接 AM,在△ADM 中,D→M=D→A+ A→M, 由线段中点的向量表示知
A→M=12(A→B+A→C)=12(a+b), 由相反向量的概念知D→A=-A→D=-c,
•
16、业余生活要有意义,不要越轨。2021/3/52021/3/5Marc h 5, 2021
•
17、一个人即使已登上顶峰,也仍要 自强不 息。2021/3/52021/3/52021/3/52021/3/5
谢谢观赏
You made my day!
我们,还在路上……
3.1 空间中向量的概念和运算
学习目标
课前自主学案 3.1
课堂互动讲练
知能优化训练
学习目标
1.理解空间向量的概念,掌握空间向量的几何表示 方法和字母表示方法. 2.掌握空间向量的线性运算,数量积. 3.能运用运算法则及运算律解决一些简单几何问 题.
课前自主学案
温故夯基
1.平面上有_大__小___和_方__向___的量叫作向量,方向 相同且模_相__等__的向量称为相等向量. 2.向量可以进行加减和数乘运算,向量加法满足 __交__换___律和_结__合___律.
向量垂直,即证明两向量的数量积为零.
自我挑战2 在三棱锥SABC中,SA⊥BC, SB⊥AC,求证:SC⊥AB.
证明:如图, S→C=S→A+A→C,A→B=A→S+S→B, 则S→C·A→B=(S→A+A→C)·(A→S+S→B) =-S→A2+S→A·S→B+A→C·A→S+A→C·S→B =S→A·(S→B-S→A-A→C)+0 =S→A·(A→B-A→C)=S→A·C→B=0.
考点三
向量的数量积及应用
(1)对向量的数量积的运算律应注意以下几点: ①要准确区分两向量数量积的运算性质与数乘 向量实数与实数之积之间的差异.
②数量积运算不满足消去律.
若a、b、c(b≠0)为实数,ab=bc⇒a=c;但对于 向量,就不正确,即a·b=b·c a=c.由图可 以看出.
(2)由空间向量数量积得到的几个结论的应用: ①应用结论|a|= a·a可以求向量的模或空间图 形中的线段长度,用已知的线段对应向量表示 待求线段对应的向量,转化求解. ②应用结论 a⊥b⇔a·b=0,可以证明空间中的
•
13、知人者智,自知者明。胜人者有 力,自 胜者强 。2021/3/52021/3/52021/3/52021/3/53/5/2021
•
14、意志坚强的人能把世界放在手中 像泥块 一样任 意揉捏 。2021年3月5日星期 五2021/3/52021/3/52021/3/5
•
15、最具挑战性的挑战莫过于提升自 我。。2021年3月2021/3/52021/3/52021/3/53/5/2021
•
10、阅读一切好书如同和过去最杰出 的人谈 话。2021/3/52021/3/52021/3/53/5/2021 8:32:42 AM
•
11、越是没有本领的就越加自命不凡 。2021/3/52021/3/52021/3/5M ar-215- Mar-21
•
12、越是无能的人,越喜欢挑剔别人 的错儿 。2021/3/52021/3/52021/3/5Fr iday, March 05, 2021
=
→ AB
2
+
→ AD
2
+
→ AA1
2
+
2
→ AB
→ ·AD
+
2
→ AB
→ ·AA1
+
→→ 2AD·AA1
= a2 + a2 + b2 + 2a·acos90°+ 2abcos120°+
2abcos120° =2a2+b2-2ab.
∴|A→C1|= 2a2+b2-2ab.
(2)证
明:
∵A→C1
→ ·BD
数乘向量与向量 数量积的结合律
交换律
分配律
(λa)·b=λ(a·b)
a·b=b·a a·(b+c)=a·b+
a·c
思考感悟
2.(1)两个向量a、b垂直的充要条件是a·b= 0,对吗? (2)若a·b=0,则a=0或b=0,对吗? 提示:(1)不对;(2)不对.
考点一
课堂互动讲练
所
以D→M
=D→A
+
→ AM
=12
(a
+b)-
c
=12
(a+
b-
2c).
(2)在△BCD 中,G→M=13D→M=13·12(a+b-2c)
=16a+16b-13c.
(3)在△ADG 中,注意到三角形重心的性质,得
A→G=A→D+D→G=c+23
→
DM
=c+23(12D→B+12D→C)
=c+13(A→B-A→D+A→C-A→D)
∴S→C⊥A→B,即 SC⊥AB.
方法感悟
1.在运用空间向量的运算法则化简向量表达式 时,要结合空间图形,观察分析各向量在图形中 的表示,运用运算法则,化简到最简为止. 2.证明两向量共线的方法为:首先判断两向量中 是否有零向量.若有,则两向量共线;若两向量 a,b中,b≠0,且有a=λb(λ∈R),则a,b共线.
3.空间向量加法的运算律 (1)交换律:a+b=__b_+__a__. (2)结合律:(a+b)+c=a+(b+c). 4.空间向量的数乘运算 (1)定义:实数λ与空间向量a的乘积__λ_a___仍然是 一个___向__量___,称为向量的数乘运算. (2)向量a与λa的关系
λ的范 围 λ>0
λ=0
例1 如图,已知长方体 ABCD-A′B′C′D′, 化简下列向量表达式,并在图中标出化简结果的向 量. (1)A→A′-C→B; (2)A→A′+A→B+B′→C′.
【思路点拨】 (1) 分析题意 → 将C→B等价转化为D→A → D→A转化为-A→D → 平行四边形法则 → 得出结论 (2) 应用平行四边形法则先求A→ A′+A→B → 应用三角形法则求AB→′+B′→C′
3.两向量的数量积,其结果是个数量,而不是向 量,它的值为两向量的模与两向量夹角的余弦值 的乘积,其符号由夹角的余弦值决定. 4.当a≠0时,由a·b=0不能推出b一定是零向量, 这是因为任一个与a垂直的非零向量b,都有a·b= 0,这由向量的几何意义就可以理解.
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9、有时候读书是一种巧妙地避开思考 的方法 。2021/3/52021/3/5Fr iday, March 05, 2021
线线垂直.
例3 如 图 所 示 , 已 知 平 行 六 面 体 ABCD - A1B1C1D1中,底面ABCD是边长为a的正方形,侧 棱AA1的长为b,∠A1AB=∠A1AD=120°, (1)求AC1的长; (2)证明:AC1⊥BD.
【解】 (1)∵A→C12=(A→C+C→C1)2
=(A→B+A→D+A→A1)2
考点突破 空间向量的加减运算
(1)计算两个空间向量的和或差时,与平面向量 完全相同.运算中掌握好三角形法则和平行四 边形法则是关键. (2)计算三个或多个空间向量的和或差时,要注 意以下几点:
①三角形法则和平行四边形法则; ②正确使用运算律; ③有限个向量顺次首尾相连,则从第一个向量的 起点指向最后一个向量的终点的向量即表示这有 限个向量的和向量.
=E→F.(说明:表示方法不唯一)
(2)连接 BD,依题意知 M 为 BD 的中点,则M→N =M→B+B→N =12D→B+34B→ C′=12(D→A+A→B)+34(B→C+C→ C′) =12(-A→D+A→B)+34(A→D+A→ A′) =12A→B+14A→D+34AA→′.
∴α=12,β=14,γ=34.
→ 得出结论
【解】 (1)A→ A′-C→B=AA→′-D→A
=A→ A′+A→D=AD→′.
(2)A→ A′+A→B+B′→C′ =(A→ A′+A→B)+B′→C′ =A→ B′+B′→C′=A→C′.
向量AD→′、AC→′如图所示.
【名师点评】 化简向量表达式主要是利用平行 四边形法则或三角形法则.在化简过程中遇到减 法时可灵活应用相反向量转化成加法,也可按减 法法则进行运算,加、减法之间可相互转化.
知新益能
1.空间向量 (1)空间向量的定义 在空间,把具有_大__小___和__方__向__的量叫作空间向 量,向量的__大__小___叫作向量的长度或模.
(2)空间向量及其模的表示方法 空间向量用有向线段表示,有向线段的_长__度___ 表示向量的模.如图,a 的起点是 A,终点是 B,
则 a 也可记作__A→_B__,其模记作|A→B|或|a|.
=c+13(a+b-2c)=13(a+b+c).
【名师点评】 (1)有限多个空间向量 a1,a2,
a3,…,an 相加,可以从某点 O 出发,逐一引向
→ 量O→A1=a1,A→1A2=a2,…,An-1An =an.如图,
于是以所得折线 OA1A2…An 的起点 O 为起点,终
点 An 为终点的向量O→An就是 a1,a2,…,an 的和,
考点二
空间向量的线性运算
空间向量加法、减法、数乘向量的意义及运算 律与平面向量类似.
例2 如图所示,已知空间四边形 ABCD 中,向量 A→B=a,A→C=b,A→D=c,若 M 为 BC 中点,G 为 △BCD 的重心,试用 a、b、c 表示下列向量: (1)D→M;(2)G→M;(3)A→G.
2.空间向量的加减法 从任意一点 O 出发作O→A=a,O→B=b.并且从 A
出发作A→C=b(如图所示),则 a+b=_O→_C__,a-b =___B_→_A_.
思考感悟 1.空间两向量的加减法与平面内两向量的加减 法完全一样吗? 提示:一样.因为空间中任意两个向量均可平 移到同一个平面内,所以空间向量与平面向量 加减法均可以用三角形或平行四边形法则,是 一样的.
=
→ (AB
+A→D
+
→ AA1
→ )·(AD
-
→ AB)
=
→ AB
→ ·AD
+
→ AD
2
+
→ AA1
→ ·AD
-
→ AB
2
-
→ AD
→ ·AB
-
→ AA1
·A→B=A→A1
·A→D-A→A1·A→B
=bacos120°-bacos120°=0.
∴A→C1⊥B→D,即 AC1⊥BD.
【名师点评】 (1)求两点间的距离或某条线段 的长度的方法:将此线段用向量表示后,利用|a| = |a|2= a·a求解. (2)证明两直线垂直可转化为证明两直线的方向
→ 即O→An
=
→ OA1
+
→ A1A2
+
…
+
An-1An
=a1+a2+…
ห้องสมุดไป่ตู้
+an.此即为空间向量的多边形法则.
(2)用折线作向量的和时,若折线的终点与起点重
合,则和向量为零向量.
自我挑战 1 已知 ABCD-A′B′C′D′是平 行六面体. (1)化简12AA→′+B→C+23A→B,并在图中标出其结 果; (2)设 M 是 底 面 ABCD 的 中 心 , N 在 侧 面 BCC′B′的对角线 BC′上,且 BN=3NC′,
λ<0
方向关系
模的关系
方向相同 λa=0,其方向是任意
的 方向相反
λa的模是 a的模的
|λ|倍
(3)空间向量的数乘运算律 设 λ、μ 是实数,则有①分配律:λ(a+b)= ___λ_a_+__λ_b_____. ②结合律:λ(μ a)=(λμ)a. 5.空间向量的数量积 (1)定义:从空间任意一点 O 出发作O→A=a,O→B =b,则 θ=__∠_A_O__B___就是 a,b 所成的角,a, b 的数量积 a·b=|a||b|cosθ.
设M→N=αA→B+βA→D+γA→ A′,试求 α、β、γ 的
值.
解:(1)如图所示,取 AA′的中点为 E,则12A→ A′
=E→ A′. 又B→C=A′→D′, A→B=D′→C′,
取
F
为
D′C′
的
一
个
三
等
分
点
( D→′F
=
2 3
D′→C′),
则D→′F=23A→B.
∴12A→ A′+B→C+23A→B=E→ A′+A′→D′+D→′F
【思路点拨】 连接AM得 到△ADM,利用线段中点 的向量表示和三角形的重心 的意义,在△ADM中开始 进行向量运算.
【解】(1)连接 AM,在△ADM 中,D→M=D→A+ A→M, 由线段中点的向量表示知
A→M=12(A→B+A→C)=12(a+b), 由相反向量的概念知D→A=-A→D=-c,
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16、业余生活要有意义,不要越轨。2021/3/52021/3/5Marc h 5, 2021
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17、一个人即使已登上顶峰,也仍要 自强不 息。2021/3/52021/3/52021/3/52021/3/5
谢谢观赏
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我们,还在路上……
3.1 空间中向量的概念和运算
学习目标
课前自主学案 3.1
课堂互动讲练
知能优化训练
学习目标
1.理解空间向量的概念,掌握空间向量的几何表示 方法和字母表示方法. 2.掌握空间向量的线性运算,数量积. 3.能运用运算法则及运算律解决一些简单几何问 题.
课前自主学案
温故夯基
1.平面上有_大__小___和_方__向___的量叫作向量,方向 相同且模_相__等__的向量称为相等向量. 2.向量可以进行加减和数乘运算,向量加法满足 __交__换___律和_结__合___律.
向量垂直,即证明两向量的数量积为零.
自我挑战2 在三棱锥SABC中,SA⊥BC, SB⊥AC,求证:SC⊥AB.
证明:如图, S→C=S→A+A→C,A→B=A→S+S→B, 则S→C·A→B=(S→A+A→C)·(A→S+S→B) =-S→A2+S→A·S→B+A→C·A→S+A→C·S→B =S→A·(S→B-S→A-A→C)+0 =S→A·(A→B-A→C)=S→A·C→B=0.
考点三
向量的数量积及应用
(1)对向量的数量积的运算律应注意以下几点: ①要准确区分两向量数量积的运算性质与数乘 向量实数与实数之积之间的差异.
②数量积运算不满足消去律.
若a、b、c(b≠0)为实数,ab=bc⇒a=c;但对于 向量,就不正确,即a·b=b·c a=c.由图可 以看出.
(2)由空间向量数量积得到的几个结论的应用: ①应用结论|a|= a·a可以求向量的模或空间图 形中的线段长度,用已知的线段对应向量表示 待求线段对应的向量,转化求解. ②应用结论 a⊥b⇔a·b=0,可以证明空间中的
•
13、知人者智,自知者明。胜人者有 力,自 胜者强 。2021/3/52021/3/52021/3/52021/3/53/5/2021
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10、阅读一切好书如同和过去最杰出 的人谈 话。2021/3/52021/3/52021/3/53/5/2021 8:32:42 AM
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11、越是没有本领的就越加自命不凡 。2021/3/52021/3/52021/3/5M ar-215- Mar-21
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12、越是无能的人,越喜欢挑剔别人 的错儿 。2021/3/52021/3/52021/3/5Fr iday, March 05, 2021
=
→ AB
2
+
→ AD
2
+
→ AA1
2
+
2
→ AB
→ ·AD
+
2
→ AB
→ ·AA1
+
→→ 2AD·AA1
= a2 + a2 + b2 + 2a·acos90°+ 2abcos120°+
2abcos120° =2a2+b2-2ab.
∴|A→C1|= 2a2+b2-2ab.
(2)证
明:
∵A→C1
→ ·BD