第八章空间解析几何与向量代数PPT课件
高等数学 第八章 空间解析几何与向量代数ppt精选课件
对两点 A( x1 , y1 , z1) 与 B( x2 , y2 , z2 ), 因
AB OB OA ( x2 x1 , y2 y1 , z2 z1 ) 得两点间的距离公式:
B
A
AB AB ( x2 x1)2 ( y2 y1)2 (z2 z1)2
.
2. 方向角与方向余弦
ijk, ij jk k i 0 ,
|i| |j| |k | 1 ,
ii jj k k 1 .
a
b
a x bx
ayby
azbz
.
a b |a |b ||co scos|a a||bb|,
由此得两向量夹角余弦的坐标表示式
cos
axbx a yby azbz
ax2 a y2 az 2 bx2 by2 bz2
(2)a b 0 ab 证 () a b 0,|a|0, |b|0,
co s0, , a b .
() a a b b ,|a |b ||c 2 , 2o 0 c .o s s0,
.
2、数量积符合下列运算规律： (1) 交换律： a b b a (2) 分配律： ( a b ) c a c b c
|c |1 2 0 5 2 55 ,
c0
|
c c|
2
j
5
15k.
.
作业 P23习题8-2
1(1)、(3)，3，4，9
.
第三节 平面及其方程
.
一、平面的点法式方程
对支点O
的力矩是一向量
M
，它的模
F
|M | |O|F |Q |
O
P
L
|O|F |P |s in
Q
M
的方向垂直于OP
高等数学向量代数与空间解析几何总结 ppt课件
( p与q同号 )
3、空间曲线
[1] 空间曲线的一般方程
F(x, y,z) 0 G(x, y,z) 0
[2] 空间曲线的参数方程
x x(t)
y
y(t)
z z ( t )
如图空间曲线 一般方程为
z 1 x2 y2
(x
1)2 2
y2
(1)2 2
x
1 cos 2
t 1 2
参数方程为
右 手 系 .
向量积的坐标表达式
ab(aybzazby)i (azbxaxbz)j
(axbyaybx)k
i j k ab ax ay az
bx by bz
a // b
ax ay az bx by bz
请归纳向量的数量积和向量积
在几何中的用途
（①求1）向数量量的积模(1 ：)a a |a |2.
f (x, y2 z2 ) 0
(2) 曲线L绕 y 轴旋转所成的旋转曲 方面 程为
f ( x2 z2, y) 0
（1）球面 （2）圆锥面 （3）旋转双曲面
x2y2z21 x2y2z2
x2 y2 z2 a2 a2 c2 1
[2] 柱面
定义：平行于定直线并沿定曲线C移动的直线 L所形成的曲面称之.
a { a x ,a y ,a z} b { b x ,b y ,b z}
a b { a x b x , a y b y , a z b z }
( a x b x ) i ( a y b y ) j ( a z b z ) k a b { a x b x , a y b y , a z b z }
[4] 两直线的夹角
直线 L1 : 直线 L2 :
空间解析几何与向量代数高等数学
第八章空间解析几何与向量代数 公共数学教研室空间解析几何主要研究空间几何图形, 把数学研究的两个基本对象“数”和“形”统一起来, 达到用代数方法解决几何问题, 用几何方法解决代数问题.本章引进向量及其代数运算, 讨论向量的各种运算规律, 介绍空间曲面和空间曲线, 以向量为工具来研究平面和空间直线, 最后介绍二次曲面.8.1 向量及其线性运算 8.2 向量的数量积8.3 向量的向量积混合积 8.4 平面及其方程8.5 空间直线及其方程 8.6 直线平面之间的关系 8.7 曲面及其方程8.8 空间曲线和向量函数8.1 向量及其线性运算vector and linear operation8.1.1 空间直角坐标系在空间中任取一点O, 作互相垂直的数轴Ox, Oy, Oz, 分别叫做x 轴 (横轴), y 轴 (纵轴), z 轴 (竖轴), 统称坐标轴, 三个坐标轴符合右手法则. 这样的三条坐标轴组成一个空间直角坐标系, 点O 叫做坐标原点 (或原点).三条坐标轴中的任意两条确定一个平面, 分别称为xOy 面, yOz 面及zOx 面. 三个坐标面把空间分成八个部分, 每一部分叫做一个卦限.x 轴, y 轴, z 轴上点的坐标分别表示为 (0, 0, z ), (0, y , 0), (0, 0, z ); xOy 面, yOz 面, zOx 面上点的坐标分别表示为 (x , y , 0), (0, y , z ), (x , 0, z ).22212212121||()()().M M x x y y z z =-+-+- 设有序数 (x , y , z ) 与空间点 M 一一对应, 依次称 x , y 和 z 为点M 的横坐标, 纵坐标和竖坐标. 点 M 通常记为 M (x , y , z ).空间中两点M 1 (x 1, y 1, z 1), M 2 (x 2, y 2, z 2) 间的距离公式为设 M 为空间中一点, 过 M 作三个平面分别垂直于 x 轴, y 轴, z 轴, 与 x 轴, y 轴, z 轴的交点依次为 P , Q , R , 这三个点在 x 轴, y 轴, z 轴的坐标依次为 x , y , z . 于是 M 唯一地确定了一个有序数组 (x , y , z ); 反之, 一有序数组 (x , y , z ) 唯一确定空间一点 M . 这样, 就建立了空间的点 M 和有序数组 (x , y , z ) 之间的一一对应关系. x z y ⑻O⑷⑶⑵⑴⑺⑹⑸R P QO x z y8.1.2 向量的概念及其坐标表示只有大小的量称为数量 (或标量), 如时间, 温度, 长度等. 既有大小又有方向的量称为向量 (或矢量), 例如位移 , 速度 , 加速度 , 力 等.s v a F 向量包含两个要素 — 大小和方向. 有向线段也具有这两个要素, 因此可用有向线段 表示向量, 其大小是有向线段的长度, 其方向是从 A 到 B 的方向, A 是向量的起点, B 是向量的终点. 若记 则称 为的一个几何表示 . AB ,v AB AB v 向量 的大小, 叫做向量的模或长度, 记为v ||.v向量仅由其大小和方向确定, 与其位置无关, 故向量被称为自由向量. 因此, 若两个向量大小相等, 方向相同, 称这两个向量相等.将两个向量移到同一始点, 如果它们位于一条直线上, 且两个终点分布在始点的同一侧, 则称这两个向量方向相同; 如果它们位于一条直线上, 且两个终点分布在始点的两侧, 则称这两个向量方向相反. 长度是零的向量称为零向量, 记为 , 零向量的方向可以认为是任意的.如图, 向量 位置不同, 但它们的长度相同, 且它们所在的线段有相同的斜率,即它们的方向相同, 所以,,OP AB CD P (2, 1)O C (1, 3)D (3, 4)A (- 3, - 3)B (- 2, - 2)x y .OP AB CD == 向量具有平移不变性, 若将向量 平移, 使其起点与原点 O 重合, 终点位于 P , 则 故 可由 P 的座標確定.AB ,AB OP = AB 定义 8-1 一个二元有序实数组 {a , b } 称为一个二维向量, 二维向量的全体记作 V 2. 一个三元有序实数组 {a , b , c } 称为一个三维向量. 三维向量的全体记作 V 3, 其中实数 a , b , c 称为向量的分量, 也称为向量的坐标.2121{,}v x x y y =-- 定义 8-2 若 M 1 (x 1, y 1), M 2 (x 2, y 2) 为平面上两点, 则二维向量 表示由有向线段 所表示的向量. 12M M 212121{,,}v x x y y z z =--- 若 M 1 (x 1, y 1, z 1), M 2 (x 2, y 2, z 2) 为空间中两点, 则三维向量表示由有向线段 所表示的向量. 12M M 22212212121||||()()()v M M x x y y z z ==-+-+-给定向量任意取定 A (x 0, y 0, z 0), 记 B = (x + x 0, y + y 0, z + z 0), P = P (x , y , z ),则{,,},r x y z = .r AB OP == 称为点 P (x , y , z ) 的位置向量,{,,}r x y z = 222|||{,,}|r x y z x y z ==++ 222||02(1) 5.AB =++-= 例 1 已知 A (1, 0, 2), B (1, 2, 1) 是空间两点, 求向量 和它的模.AB 解{11,20,12}{0,2,1},AB =---=-对三维向量 8.1.3 向量的线性运算 定义 8-3 设 是两个二维向量, 称向量 {a x + b x , a y + b y }为向量 和的和, 记作 即{,},{,}x y x y a a a b b b == a b ,a b + {,}{,}{,}.x y x y x x y y a b a a b b a b a b +=+=++ {,,},{,,},x y z x y z a a a a b b b b == 类似有{,,}{,,}{,,}.x y z x y z x x y y z z a b a a a b b b a b a b a b +=+=+++几何上, 向量加法服从三角形法则及平行四边形法则.A yx O B a x b x a y b y a b a b + A y O a x a y b y C xB b x a b a b +定义 8-4 设向量 c 为实数, 称向量 { c a x , c a y } 为向量 与数量 c 的乘积. 记作 即其模{,},x y a a a = a ,c a {,}{,},x y x y c a c a a c a c a == ||||||.c a c a = 对于三维向量, 类似有c {a x , a y , a z } = {c a x , c a y , c a z }. c > 0 时, c 与平行, 且方向相同; c < 0 时 c 与 平行, 且方向相反.a a a a 称 为 的负向量.(1)a a -=- a 与 的和称为 与的差, 记为 b a b - a .a b -证 仅需证明必要性. 设则存在 λ, 使得 ,a b .b a λ= 若又有则 故 所以 λ = μ .,b a μ= ()0,a λμ-= |||||0|0,a λμ-== 定理 1 设 是两个向量, 且 则 的充分必要条件是存在唯一常数 λ 使得 ,a b a b .b a λ= 0≠a向量的加法运算和数乘运算统称为向量的线性运算. 向量的线性运算满足下列法则 :(1) (交换律) .a b b a +=+ (2) (结合律) ()().a b c a b c ++=++ (4) ()0.a a +-= (6) ().a a a λμλμ+=+ (7) ()().a a λμλμ= (8) 1.a a ⋅= (5) ().ab a b λλλ+=+ (3) a a =+0由于向量的加法符合交换律和结合律, 故 n 个向量相加可写成,||.||a a a e a a e a == 12.n a a a +++ n 个向量相加复合多边形法则 : 使前一向量的终点与后一向量的起点重合, 相继作向量 再以第一向量的起点为起点, 最后一向量的终点为终点作一向量, 这个向量即和向量.12,,,,n a a a 模为 1 的向量称为单位向量. 记非零向量 的单位化向量为则a ,a eV 3 中, 与 x 轴, y 轴, z 轴的正向同向的单位向量记为{1,0,0},{0,1,0},{0,0,1}.i j k === 称 为 V 3 中的一组标准基.,,i j k a 设 则 可由 线性表示, 即{,,},x y z a a a a = ,,i j k {1,0,0}{0,1,0}{0,0,1}.x y z x y z a a a a a i a j a k =++=++ {1,0},{0,1}i j == 二维的情形,是 V 2 的一组标准基.例 2 设 求{1,1,3},{2,1,2},a b =-=- (1) 32;c a b =- (2) 用标准基 表示向量,,i j k ;c (3) 求与同方向的单位向量.c 解 (1)323{1,1,3}2{2,1,2}{34,32,94}{1,1,5}.c a b =-=---=--+-=-- (2)5.c i j k =--+ 所以 222(3)||(1)(1)533,c =-+-+= {1,1,5}.||33c c e c ==--解 作 12(),OP OP OP OP λ-=- 例 3 设两点 P 1 (x 1, y 1, z 1), P 2 (x 2, y 2, z 2). 在线段 P 1 P 2 上求一点 P (x , y , z ), 使由 P 分成的两个有向线段 的的比为定数 λ ( ≠ - 1), 即 12,P P PP 12.P P PP λ= O P 1P 2P 11112222{,,},{,,},{,,},OP x y z OP x y z OP x y z === 由于 及12,P P PP λ= 1122,,P P OP OP PP OP OP =-=-121212,,.111x x y y z z x y z λλλλλλ+++===+++所以 12(1),OP OP OP λλ+=+ 这就是定比分点公式.得到 121OP OP OP λλ+=+ ，得点 P 的坐标例 4 证明平行四边形的对角线互相平分.11(),22AE AC AB BC ==+ 解 设 ABCD 为平行四边形, AC , BD 的中点分别 为 E 及 F , 则D A FE B C 由定比分点公式 (λ = 1) 得1(),2AF AB AD =+ 即 E 与 F 重合, 即 AC 与 BD 互相平分.11()().22AF AB AD AB BC AE =+=+= 所以。
向量代数与空间解析几何课件
例2 试用向量证明三角形两边中点的连线平行于 第三边,且其长度等于第三边的一半.
证 如图所示,设D, E 分别为 AB, AC 的中点,则
AD 1 AB , AE 1 AC ,
2
2
所以 DE AE AD
A
D
E
1 ( AC AB) 1 BC , B
C
2
2
所以 DE // BC , 且 DE 1 BC . 2
y
,
x2 y2 z2
cos
z
.
x2 y2 z2
29
第30页/共120页
例5 已知两点M1(2, 2, 2 )和M2(1, 3, 0). 计算向量 M1 M2的模, 方向余弦和方向角.
解 M1 M2 = {1, 1, 2 }
模: M1M2 (1)2 12 ( 2)2 2 ;
方向余弦：cos 1 , cos 1 , cos 2 ;
13
第14页/共120页
向量与数的乘积的运算规律:
(1) 结合律: (a) (a) ()a
(2) 分配律:
( )a a a
(a b) a b
定理
设
a
0
,则
b
//
a
存在唯一实数
k,使b
ka
.
向量的单位化：
设
a
0
，
则
1
a 表示与
a
方向相同的单位向量.
|a|
14
第15页/共120页
a4
a3
s
a2
a1
11
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2、向量的减法：
(1) 负称向为量a:的与负a向模量相, 同记而作方向a相. 反的a向量,
高数A第八章 空间解析几何和向量PPT课件
3.向量的线性运算
加法：平行四边形法则 数乘：大小与方向
4. 空间两向量的夹角的概念：
向 量 aa 与 0向 , 量 bb 的 0,夹 角
b
a
(a ,b )(b,a)
(0)
二、向量坐标及坐标线性运算
设a是以 M1( x1 , y1 , z1 )为起点、 M2 ( x2 , y2 , z2 )
1.球心在点 M0 ( x0 , y0 , z0 )、半径为R的球面方程:
x x 0 2 y y 0 2 z z 0 2 R 2
2. 旋转曲面：
如图 设M(x,y,z),
(1) zz1
（2）点M 到z轴的距离
dx2y2 |y1| x
z
d M 1(0,y1,z1)
M f(y,z)0
（5）
a//
b
ax
ay
az
bx by bz
例2
求与a
3i
2
j
4k ，b
i
j
2k 都垂
直的单位向量.
解
i
jki
j
c ab ax ay az 3 2
bx by bz 1 1
|c |1 2 0 5 2 55 ,
c0 c
|c|
2
j
5
15k.
k
4 1j0 5k, 2
第八章 空间解析几何与向量代数
一、向量及其线性运算
1. 空间的点 1 1有序数组(x,y,z)
2. 空间两点间的距离
设 M1( x1 , y1 , z1 )、M2 ( x2 , y2 , z2 )为空间两点，则
M 1 M 2 x 2 x 1 2 y 2 y 1 2 z 2 z 1 2 .
向量代数与空间解析几何—空间解析几何(高等数学课件)
2 + 2 + 2 + 2 = 0 .
方程组（1）我们称之为直线的一般式方程。
(1)
2.空间直线的点向式方程
1.二元极限定义
与直线平行（共线）的非零向量称为直线的方向向量．
设已知直线 L 过点 M 0 ( x0 , y0 , z0 )，其方向向
（1）过点 A(1, 2,3) ， B(1,1, 1) 的直线方程；
x 1 y 1 z 2
（2）过点 M (0, 2,3) ，且与直线 L1 :
平行的直线方程；
3
2
1
（3）过点 P(2,1,3) ，且与平面 π : 3x 2 y z 1 0 垂直的直线方程．
例题
一点.因为向量 ⊥平面，0 ⊂平面，所以 ⊥ 0 .
由向量垂直的充要条件可知 ⋅ 0 = 0，
而0 = − 0 , − 0 , − 0 ，根据向量数量积的坐标表达式有：
− 0 + − 0 + − 0 = 0
此方程是由平面上一个点的坐标和平面的法向量确定的，因此，我们称之为平面的
出了平面平行或垂
直的判定方法。
空间上点到平面
的距离公式。
思考题
求满足下列条件的平面方程：
(1)过原点且法向量 = 1,2,3 ；
一元函数，但在自然科学和工程两
(2)在, , 轴上的截距分别是2, −3,4
空间直线及其方程
知识点讲解
1.空间直线的一般式方
程
2.空间直线的点向式方程
3.空间直线的参数方程
1.空间直线的一般方程式
第八章 空间解析几何与向量代数(同济六版)ppt课件
z
坐标轴 :
o
y
x轴
y轴
y0 z0
z0 x0
x
坐标面 : xoy面 z 0
x 0 z轴 y 0
x 0 yoz面 zox面 y 0
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2. 向量的坐标表示
i , j , k 分别表示坐标轴x, y, z上的单位向量
(1)设点 M (x, y, z), 则
第八章 空间解 析几何与向量 代数(同济六版 )
§1 向量及其线性运算
§2 数量积，向量积 §3 平面及其方程
§4 空间直线及其方程
§5 曲面及其方程
§6 空间曲线及其方程
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§1 向量及其线性运算
一、向量的概念 二、向量的线性运算 三、空间直角坐标系
第一次课
四、利用坐标作向量的线性运算 五、向量的模、方向角、投影
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【例1】如果四边形对角线互相平分，则它是
解: 如图 M 为四边形ABCD 对角线的交点, 则
D
A B a b ， 1 1
b
2
a
M
b1
C
2
D C a b 2 2
a
A
1
B
由已知 a a ,b b 1 2 1 2 所以
A B D C
所以ABCD为平行四边形.
( 2 , 3 , )
c a 2 ( 2 )( 1 3 )( 1 ) 0
6 2 0 取λ =1，则μ =3
c (, 58 , 2 )
特殊点的坐标 : 原点 O(0,0,0) ; 坐标面上的点 A , B , C
第八章 空间解析几何与向量代数 ppt课件
【例4】P11例8 uuur
方法2 :设 OA ( x, y, z)
则由
cos
3
uuxur |OA|
x
6
1 2
3
z
A
O
4 y
x3
cos
4
uuyur y 6 |OA|
2 3 2
2
uuur | OA | x2 y2 z2 6 z 3
A(3, 3 2, 3)
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(3)
ar
r 0
则
若 0，则 ar 若ar 0，则
分配律.
r r0 ； 0.
见P4
.
(4)定理1.1：设
r a
r 0
,则
r a
/
r /b
1
r R, 使得b
ar
.
(5)与
r a
同向的单位向量为：er
ar o
ar r
.
|a|
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【例1】如果四边形对角线互相平分，则它是
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§1 向量及其线性运算
第一次课
一、向量的概念 二、向量的线性运算 三、空间直角坐标系 四、利用坐标作向量的线性运算 五、向量的模、方向角、投影
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一、向量的概念
1.向量: 既有大小, 又有方向的量称为向量 (又称矢量).
r rr
gi j k
r
ri 1 0 0
j0 1 0
r
k0 0 1
r
r
第八章空间解析几何与向量代数.ppt课件
且平行平面3x 4y z 10 0
又与直线 x 1 y 3 z
3
12
相交的直线方程。
例3．已知质点M以 M0 1,1,1 为
起点，以21米／秒的速度，在向
量 R 2,3,6 的方向上作直线
运动，试求质点M的运动方程。
例4．求直线
L1
:
x 1 1
y 4
z
3 1
和
L2
:
x 2
y2 2
z 1
例2．在平行四边形 ABCD 中，
设 AB a , AD b ，试用
a和b 表示向量
MA ,MB ,MC和MD
。
例3．求解以向量为未知元的线性方
程组 5x3 ya 其中 3x2 yb
a=2,1, 2 b=1,1,-2
例4．已知两点
A x1, y1, z1 和 B x2, y2, z2
以及实数 1 ，在直线 AB
上求点 M ,使 AM MB 。
例5．已知空间一点 M 的坐
标为 3, 4,5 ，试在直角
坐标系 oxyz 中描出它
的位置。
例6．已知空间一点 M 的坐标
为 3,3, 2 ，试描出它关于坐标
面
oxy
oy ，坐标轴
和坐标
o 原点 的对称点。
例7．求证以
M1 4,3,1 M2 7,1, 2 M3 5, 2,3
例14．设立方体一条对角线为 OM
一条棱为 OA ，且 OA a ，
求 OA在OM 方向上的投影
prj OA OM
。
§8-2 数量积 向量积 混合积
例1．试用向量证明三角形的余弦
定理。
例2．在 XOY 坐标面上，求出与
大学数学专业空间解析几何向量代数PPT课件
它 们 的 和 是 零 矢 量.
C
证 必 要 性 设 三 矢 量a，b，c可 以
构 成 三 角 形ABC， 即 有AB a, BC A
B
b,CA c， 那 么AB＋BC＋CA＝AA 0,即a b c 0
充 分 性 设a b c 0， 作AB a, BC b, 那 么AC
a b, 所 以AC c 0, 从 而c是 AC的反矢 量，因此c＝
叫 做 矢 量a1 , a2 ,, an的 线 性 组 合.
定理1.4.4 在n 2时，矢量a1, a2 ,, an线性相关的 充 要 条 件 是 其 中 有 一 个矢 量 是 其 余 矢 量 的 线 性组 合.
第34页/共137页
定理1.4.6 两矢量共线的充要条件是它们线性相关.
定 义1.4.2 对 于n(n 1)个 矢 量a1, a2 ,, an， 如 果 存
r xe1 ye2 ze3 ,
(1.4 3)
并 且 其 中 系 数x, y, z被e1 , e2 , e3 , r唯 一 确 定.
这时e1, e2 , e3叫做空间矢量的基底.
第38页/共137页
定 理1.4.3 如 果 矢 量e1 , e2 , e3不 共 面 ， 那 么 空 间
任 意 矢 量r可 以 由 矢 量e1 , e2 , e3线 性 表 示 ， 或 说 空 间 任 意 矢 量r可 以 分 解 成 矢 量e1 , e2 , e3的 线 性 组 合 ， 即
A
Q M
B
P
CB
由条件可知: BC = 2BP, AC = 2AQ.
S
Q
T
P
C
设AS = AP, B2T = BQ,
2
3
高等数学第一节、向量及其线性运算
o
a
A
记作(a, b) 或 (b, a),即(a, b) .
如果向量 a 与 b 中有一个是零向量 ,规定它们的
夹角可以在 0 与 π 之间任意取值 .
8、向量平行
如果(a, b) 0或，就称向量a 与b 平行，记作a// b .
a
c
b
零向量与任何向量都平行.
9、向量垂直
如果
( a,
b)
，就称向量a
因为向量 a 与 a 平行,所以常用向量与数的乘
积来说明两个向量的平 行关系.
定理 1 设向量 a 0,那么向量b 平行于 a 的充分
必要条件是: 存在唯一的实数,使得 b a .
6、数轴与向量
数轴可由一个点、一个方向及单位长度确定，故
给定一个点及一个单位向量即可确定一条数轴.
6、零向量： 模等于零的向量叫做零 向量,记作 0 或 0 .
零向量的起点与终点重合，它的方向可以看做是任意的.
7、向量的夹角 设有两个非零向量 a, b, 任取空间一点 O,
作 OA a, OB b,
规定不超过 π 的 AOB
B
b
(设 AOB, 0 π)
称为向量a 与 b的夹角,
A
D
二、向量的线性运算
1. 向量的加法
三角形法则
ab
C
A
a
b
B
或平行四边形法则
b
A
D
ab
a
B
C
b (ab)c
a (b c)
c bc
运算规律 :
ab b
交换律 结合律
a b b a (a b) c
a
(b
c)
向量代数与空间解析几何-PPT
解： 由 cos2+cos2+cos2 =1，且 = = ，有
3cos2=3cos2=3cos2 =1，从而
cos cos cos 1 或 cos cos cos 1
3
3
例4. 设有P1P2，已知|| P1P2||=2，且与x轴和y轴的夹角
分别为
3
和
解. 设 P1P2
的4 方，向若角P1为为(1, ,0,,3)，，有求P2的坐, 标 .
则力F 所作的功为 W=||F||cos ·||r||
定义1 对于向量a, b，数量
|| a |||| b || cosa, b
F
r
称为向量a与b的数量积；记为a·b.
这里0〈a, b〉 . 数量积亦称点 积或内积.
W = F·r
=〈a, b〉= 〈b, a〉
限定 0〈a, b〉 向量在轴 u 上的投影
设 a M1M 2
O
Pr ju M1M 2 u2 u1
a
b M2
a
M1
u1
u2
u
(1) Pr ju M1M 2 || M1M 2 || cos = ||a|| cos〈a, u〉
(2) Pr ju (a1 a2 an ) Pr jua1 Pr jua2 Pr juan
但 M1P P1P2
z
R2
R
M1Q Q1Q2 M1R R1R2
R1 M1
P
M2 Q
N
y
M1M 2
P1 O
Q1
Q2
P2
P1P2 Q1Q2 R1R2 x
称 P1P2 , Q1Q2 , R1R2 为 M1M 2 在Ox,Oy,Oz轴上的分向量 .
向量代数与空间解析几何课件
空间曲线
空间中的曲线可以由三个 参数方程表示，例如球面 和抛物面。
曲面
曲面可以由两个或三个参 数方程表示，例如球面和 圆柱面。
空间解析几何中的常见问题与解决方法
求解点到直线的距离
使用点到直线距离公式，将点坐标和直线方程代入公式计 算。
求解两直线交点
将两直线的方程联立求解，得到交点的坐标。
判断两线是否平行或垂直
向量的数量积
01
向量数量积的定义
两个向量的数量积定义为它们的模长和夹角的余弦值的乘积，记作a·b
。
02
向量数量积的性质
数量积满足交换律、结合律、数乘律和分配律。
03
向量数量积的应用
在物理学中，向量数量积常用于描述力的做功、动量等物理量；在解析
几何中，向量数量积可用于计算向量的长度和向量的投影等。
向量的向量积
02
空间几何基础
空间直角坐标系
空间直角坐标系的定义
坐标轴上的单位向量
空间直角坐标系是三维空间中的一个 固定坐标系，由三个互相垂直的坐标 轴组成，分别为x轴、y轴和z轴。
与x轴、y轴和z轴正方向同向的单位向 量分别记为i、j、k，它们的模都为1， 且满足i×j=k，j×k=i，k×i=j。
空间点的坐标表示
在空间直角坐标系中，任意一点P的 位置可以用三个实数x、y、z来表示， 这三个实数称为点P的坐标。
向量的线性组合
向量线性组合的定义
如果向量a和b满足a=λb（λ为实数），则称向量a是向量b的线性 组合。
向量线性组合的性质
线性组合满足交换律、结合律和数乘律。
向量线性组合的应用
在物理学、工程学等领域中，向量线性组合常用于描述力的合成与 分解、速度和加速度的合成等。
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x y z10 2x y3z40 。
例2． 试求通过点 M01,0,4
且平行平面 3x4yz100
又与直线 x1 y3 z
3
12
相交的直线方程。
例3．已知质点M以 M0 1,1,1 为
例6．已知两球面的方程为
x2y2z21 （1）和
x2y12z121（2）
x o y 求它们的交线C在
面上
的投影方程。
例7．设一个立体由上半球面
Z 4x2 y2 和锥面
Z 3 x2y2 所围成，求它
在 x o y 面上的投影。
例8．求旋转抛物面
Zx2y20z4
在三坐标轴上的投影。
例9．求上半球
为 3, 3, 2 ，试描出它关于坐标
面 o x y ，坐标轴 o y 和坐标
o 原点 的对称点。
例7．求证以
M 1 4 ,3 ,1 M 2 7 ,1 ,2 M 3 5 ,2 ,3
三点为顶点的三角形是一个等
腰三角形。
例8．在 Z 轴上求与两点
A 4,1 ,7和 B3,5,2
等距离的点。
例9．已知两点
0z a2x2y2
与圆柱体 x2y2axa0
的公共部分在 x o y 面和 xoz 面
上的投影。
§8-5 平面及其方程 例1．已知一个平面通过点
p3,2,1 并且垂直于 p 1 与
点 p2 6,2,7 的连线，求平面方程。
例2．求过三点
M 1 2 , 1 ,4 ,M 2 1 ,3 , 2 和 M 3 0 ,2 ,3
第八章 空间解析几何与向量代数 §8-1 向量及其线性运算
例1．已知 a5 b8 a,b
的夹角为
3
，求
ab
例2．在平行四边形 ABCD 中，
设 ABa,ADb ，试用
a和 b 表示向量
M A, M B, M C 和 M D 。
例3．求解以向量为未知元的线性方
程组 5 x 3 y a 3x2 yb
例6．已知不在一平面上的四
点 A x1,y1,z1 Bx2,y2,z2 C x3,y3,z3 Dx4,y4,z4
求四面体 ABCD 的体积 。
§8-3 曲面及其方程 例1．建立球心在点
M0x0,y0,z0
半径为R的球面方程。
例2．设点 A1, 2, 3 和
B2,1,4 ，求线段 A B
的垂直平分面的方程。
A4,0,5和 B7,1,3
求与 A B 方向相同的单位
向量 e 。
例10．设已知两点
M 12 ,2 , 2和 M 21 ,3 ,0
计算向量 M 1M 2 的模，方向
余弦和方向角。
例11．设已知两点
A 4,0,5和 B7,1 ,3
求方向和 A B 一致的单位
向量。
例12．设点 A 位于第 I 卦
例3．方程
x2y2z22x4y0
表示怎样的曲面。
例4．试建立顶点在坐标原点O
旋转轴为Z轴，半顶角为 的
圆锥面的方程。
例5．将XOZ坐标面上的双曲线
x x 2
a2
z2 c2
1
分别绕
轴和Z轴
旋转一周，求所生成的旋转曲面的
方程。
例6．方程
x2 y2 R2
表示怎样的曲面？
例7．画出方程 z2 y 0 所
其中
a = 2 ,1 ,2 b = 1 ,1 ,-2
例4．已知两点
A x1,y1,z1和 B x2,y2,z2
以及实数 1 ，在直线 A B
上求点 M ,使 AMMB。
例5．已知空间一点 M 的坐
标为 3, 4, 5 ，试在直角
坐标系 o x y z 中描出它
的位置。
例6．已知空间一点 M 的坐标
求 OA在OM 方向上的投影
prj OA OM
。
§8-2 数量积 向量积 混合积
例1．试用向量证明三角形的余弦
定理。
例2．在 X O Y 坐标面上，求出与
向量 R=-4， 3， 7 垂直的单位
向量。
例3．设质量为100kg的物体从点
M13,1,8 沿直线移动到点
M2 1，4，2 ，计算重力所作的
表示的曲面
例8．说明下列旋转曲面是怎样形 成的？
1 x2 y2 +z2 1
4
2 za2x2y2
§8-4 空间曲线及其方程
例1．方程组 x 2 y 2 1 2 x 3 z 6
表示怎样的曲线。
例2．方程组 z a2x2 y2
x
a 2
2
y
2
a 2
2
表示怎样的曲线。
例3．画出下列曲线在第一卦限 内的图形
y x 限，向径 o A 与
轴、
轴夹角依次为
3
和
4
，且
o A 6 ，求点 A 的坐标。
o u 例13．在 轴上取定一点 作
为坐标原点，设 A , B 是 u 轴上
e 坐标依次为 u 1 , u 2 的两个点，
u 是与 轴同方向的单位向量。
例14．设立方体一条对角线为 O M
一条棱为 O A ，且 O A a ，
例7．证明：
（1）xyz1与平面
2x2y2z30平行。
（2）平面
x y z 0 与 x y 2 z 3 0
垂直。
例8．设 p0x0,y0,z0 是平面
AxB yC zD 0
外一点，求 p 0 到这平面的
距离。
例9．试求平行平面
3x6y2z70
3x6y2z140
间的距离。
§8-6 空间直线及其方程
的平面的方程。
例3．一个平面过两点
A 1 ,1 ,1和 B 0,1 , 1
且垂直于平面 xyz0，
求此平面方程。
例4．求通过 x 轴和点
M4,3,1
的平面的方程。
例5．一平面通过原点，而且与 平面 2 x y 5 z + 3 0 和 x 3 y z 7 0
都垂直，求此平面方程。
例6．求两平面 x y 2 z 6 0 和 2 x y z 5 0 的夹角。
功（长度单位m）
例4．已知三点
M 1 ,1 ,1 A 2 ,2 ,1 和 B 2 ,1 ,2 ，
求 AMB 。
例5．设
a 2 ,1 Байду номын сангаас 1 b = 1 , 1 ,2 ，
计算 a b 。
例6．已知 ABC 的顶点分别为
A 1 ,2 ,3 B 3 ,4 ,5 和 C 2 ,4 ,7
求三角形 A B C 的面积。
x 2 y 2 a 2 x 2 z 2 a 2
例4．如果空间一点M在圆柱面
x2 y2 a2 上以角速度 绕Z
轴旋转，同时又以线速度V沿平行
于Z轴的正方向上升（其中 , v
都是常数），那么点M构成的图形
叫做螺旋线，试建立其参数方程。
例5．将曲线
x2 y2 z2 9 yx
化成参数方程。