高中数学选修2-1-空间向量与立体几何

空间向量与立体几何

一、知识网络：

二．考纲要求：

（1）空间向量及其运算

① 经历向量及其运算由平面向空间推广的过程；

② 了解空间向量的概念，了解空间向量的基本定理及其意义，掌握空间向量的正交分解及其坐标表示；

③ 掌握空间向量的线性运算及其坐标表示；

④ 掌握空间向量的数量积及其坐标表示，能运用向量的数量积判断向量的共线与垂直。 （2）空间向量的应用

① 理解直线的方向向量与平面的法向量；

② 能用向量语言表述线线、线面、面面的垂直、平行关系；

③ 能用向量方法证明有关线、面位置关系的一些定理（包括三垂线定理）； ④ 能用向量方法解决线线、线面、面面的夹角的计算问题，体会向量方法在研究几何问题中的作用。 三、命题走向

本章内容主要涉及空间向量的坐标及运算、空间向量的应用。本章是立体几何的核心内容，高考对本章的考查形式为：以客观题形式考查空间向量的概念和运算，结合主观题借助空间向量求夹角和距离。

预测10年高考对本章内容的考查将侧重于向量的应用，尤其是求夹角、求距离，教材上淡化了利用空间关系找角、找距离这方面的讲解，加大了向量的应用，因此作为立体几何解答题，用向量法处理角和距离将是主要方法，在复习时应加大这方面的训练力度。

第一课时 空间向量及其运算

一、复习目标：1．理解空间向量的概念；掌握空间向量的加法、减法和数乘； 2．了解空间向量的基本

空间向量与立体几何

空间向量及其运算

立体几何中的向量方法

空间向量的加减运算

空间向量的数乘运算

空间向量的数量积运算 空间向量的坐标运算

共线向量定理

共面向量定理

空间向量基本定理

平行与垂直的条件

向量夹角与距离

直线的方向向量与平面的法向量

用空间向量证平行与垂直问题

求空间角 求空间距离

定理； 3．掌握空间向量的数量积的定义及其性质；理解空间向量的夹角的概念；掌握空间向量的数量积的概念、性质和运算律；了解空间向量的数量积的几何意义；能用向量的数量积判断向量的共线与垂直。 二、重难点：理解空间向量的概念；掌握空间向量的运算方法 三、教学方法：探析类比归纳，讲练结合 四、教学过程 （一）、谈最新考纲要求及新课标高考命题考查情况，促使积极参与。

学生阅读复资P128页，教师点评，增强目标和参与意识。

（二）、知识梳理，方法定位。（学生完成复资P128页填空题，教师准对问题讲评）。 1．空间向量的概念

向量：在空间，我们把具有大小和方向的量叫做向量。如位移、速度、力等。 相等向量：长度相等且方向相同的向量叫做相等向量。

表示方法：用有向线段表示，并且同向且等长的有向线段表示同一向量或相等的向量。

说明：①由相等向量的概念可知，一个向量在空间平移到任何位置，仍与原来的向量相等，用同向且等长的有向线段表示；②平面向量仅限于研究同一平面内的平移，而空间向量研究的是空间的平移。

说明：①引导学生利用右图验证加法交换率，然后推广到首尾相接的若干向量之和；②向量加法的平行四边形法则在空间仍成立。

3．平行向量(共线向量)：如果表示空间向量的有向线段所在的直线互相平行或重合，则这些向量叫做

共线向量或平行向量。a 平行于b 记作a ∥b

。

注意：当我们说a 、b

共线时，对应的有向线段所在直线可能是同一直线，也可能是平行直线；当我们说a 、b

平行时，也具有同样的意义。

共线向量定理：对空间任意两个向量a （a ≠0）、b ，a ∥b 的充要条件是存在实数λ使b ＝λa

（1）对于确定的λ和a ，b ＝λa 表示空间与a 平行或共线，长度为 |λa |，当λ>0时与a

同向，当λ

<0时与a

反向的所有向量。

（3）若直线l ∥a

，l A ∈，P 为l 上任一点，O 为空间任一点，下面根据上述定理来推导OP 的表达式。

推论：如果 l 为经过已知点A 且平行于已知非零向量a

的直线，那么对任一点O ，点P 在直线l 上的充要条件是存在实数t ，满足等式 OA OP =a t

+ ①

其中向量a

叫做直线l 的方向向量。

在l 上取a AB

=，则①式可化为 .)1(OB t OA t OP +-= ②

当21

=t 时，点P 是线段AB 的中点，则 ).(2

1OB OA OP += ③

①或②叫做空间直线的向量参数表示式，③是线段AB 的中点公式。

注意：⑴表示式(﹡)、(﹡﹡)既是表示式①,②的基础，也是常用的直线参数方程的表示形式；⑵推论的用途：解决三点共线问题。⑶结合三角形法则记忆方程。

4．向量与平面平行：如果表示向量a 的有向线段所在直线与平面α平行或a

在α平面内，我们就说向量a 平行于平面α，记作a ∥α。注意：向量a

∥α与直线a ∥α的联系与区别。

共面向量：我们把平行于同一平面的向量叫做共面向量。

共面向量定理 如果两个向量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x 、

y ，使.b y a x p

+=①

注：与共线向量定理一样，此定理包含性质和判定两个方面。

推论：空间一点P 位于平面MAB 内的充要条件是存在有序实数对x 、y ，使

,MB y MA x MP +=④

或对空间任一定点O ，有.MB y MA x OM OP ++=⑤

在平面MAB 内，点P 对应的实数对（x, y ）是唯一的。①式叫做平面MAB 的向量表示式。 又∵.,OM OA MA -=.,OM OB MB -=代入⑤，整理得

.)1(OB y OA x OM y x OP ++--= ⑥

由于对于空间任意一点P ，只要满足等式④、⑤、⑥之一（它们只是形式不同的同一等式），点P 就在平面MAB 内；对于平面MAB 内的任意一点P ，都满足等式④、⑤、⑥，所以等式④、⑤、⑥都是由不共线的两个向量MA 、MB （或不共线三点M 、A 、B ）确定的空间平面的向量参数方程，也是M 、A 、B 、P 四点共面的充要条件。

5．空间向量基本定理：如果三个向量a 、b 、c

不共面，那么对空间任一向量，存在一个唯一的有序

实数组x , y , z , 使.c z b y a x p

++=

说明：⑴由上述定理知，如果三个向量a 、b 、c

不共面，那么所有空间向量所组成的集合就是

{}

R z y x c z b y a x p p ∈++=、、,|

，这个集合可看作由向量a 、b 、c 生成的，所以我们把{a ，b ，c }叫

做空间的一个基底，a ，b ，c

都叫做基向量；⑵空间任意三个不共面向量都可以作为空间向量的一个基底；⑶一个基底是指一个向量组，一个基向量是指基底中的某一个向量，二者是相关联的不同的概念；⑷

由于0

可视为与任意非零向量共线。与任意两个非零向量共面，所以，三个向量不共面就隐含着它们都不是0 。

推论：设O 、A 、B 、C 是不共面的四点，则对空间任一点P ，都存在唯一的有序实数组z y x 、、，使

.OC z OB y OA x OP ++=

6．数量积

（1）夹角：已知两个非零向量a 、b ，在空间任取一点O ，作a OA

=，b OB =，则角∠AOB 叫做向量a 与b 的夹角，记作〉〈b a ，

说明：⑴规定0≤〉〈b a ，≤π,因而〉〈b a

，=〉〈a b ，；

⑵如果〉〈b a ，=2

π，则称a 与b 互相垂直，记作a ⊥b

；

⑶在表示两个向量的夹角时，要使有向线段的起点重合，注意图（1）、（2）中的两个向量的夹角不同，

图（1）中∠AOB =〉〈OB OA ,， 图（2）中∠AOB =-π〉〈OB AO ,,

从而有〉〈-OB OA ,=〉-〈OB OA ,=-π〉〈OB OA ,.

（2）向量的模：表示向量的有向线段的长度叫做向量的长度或模。

（3）向量的数量积：〉〈b a b a ,cos 叫做向量a 、b

的数量积，记作b a ⋅。

A

B

O

（2）

A

B

O

（1）