高中数学平面的法向量与平面的向量表示知识点解析
高二数学选修课件：3-2-2平面的法向量与平面的向量表示
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第三章
空间向量与立体几何
[例 1]
如图， ABCD 是直角梯形， ∠ABC＝90° SA⊥ ，
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1 平面 ABCD，SA＝AB＝BC＝1，AD＝2，求平面 SCD 与平 面 SAB 的法向量．
第三章
空间向量与立体几何
[分析] 解答本题可先建立空间直角坐标系，写出每
个平面内两个不共线向量的坐标，再利用待定系数法求出 平面的法向量．
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[解析]
∵AD、AB、AS 是三条两两垂直的线段，
→ → → ∴以 A 为原点，以AD、AB、AS的方向为 x 轴，y 轴， 1 z 轴的正方向建立坐标系， A(0,0,0)， 2， 则 D( 0,0)， C(1,1,0)， → ＝(1，0,0)，是平面 SAB 的法向量， S(0,0,1)，AD 2 设平面 SCD 的法向量 n＝(1，λ，μ)，
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空间向量与立体几何
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空间向量与立体几何
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空间向量与立体几何
1．知识与技能
掌握平面的法向量的概念及性质． 理解平面的向量表示． 2．过程与方法 用向量的观点认识平面、利用平面的法向量证明平行人ຫໍສະໝຸດ 教 B 版 数 学或垂直问题．
3．情感态度与价值观 培养学生转化的数学思想，增强应用意识．
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空间向量与立体几何
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空间向量与立体几何
重点：平面法向量的概念及性质． 难点：利用法向量法解决几何问题．
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空间向量与立体几何
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高中数学平面向量知识点总结
高中数学必修4之平面向量知识点归纳一.向量的基本概念与基本运算 1向量的概念：①向量：既有大小又有方向的量向量一般用c b a,,……来表示，或用有向线段的起点与终点的大写字母表示，如：AB u u u r 几何表示法 AB u u u r ，a；坐标表示法),(y x yj xi a向量的大小即向量的模（长度），记作|AB u u u r |即向量的大小，记作｜a｜向量不能比较大小，但向量的模可以比较大小．②零向量：长度为0的向量，记为0 ，其方向是任意的，0与任意向量平行零向量a ＝0 ｜a｜＝0 由于0r 的方向是任意的，且规定0r 平行于任何向量，故在有关向量平行（共线）的问题中务必看清楚是否有“非零向量”这个条件．（注意与0的区别）③单位向量：模为1个单位长度的向量向量0a 为单位向量 ｜0a｜＝1④平行向量（共线向量）：方向相同或相反的非零向量任意一组平行向量都可以移到同一直线上方向相同或相反的向量，称为平行向量记作a ∥b由于向量可以进行任意的平移(即自由向量)，平行向量总可以平移到同一直线上，故平行向量也称为共线向量数学中研究的向量是自由向量，只有大小、方向两个要素，起点可以任意选取，现在必须区分清楚共线向量中的“共线”与几何中的“共线”、的含义，要理解好平行向量中的“平行”与几何中的“平行”是不一样的．⑤相等向量：长度相等且方向相同的向量相等向量经过平移后总可以重合，记为b a大小相等，方向相同),(),(2211y x y x 2121y y x x2向量加法求两个向量和的运算叫做向量的加法设,AB a BC b u u u r u u u r r r ，则a +b r =AB BC u u ur u u u r =AC u u u r（1）a a a 00；（2）向量加法满足交换律与结合律；向量加法有“三角形法则”与“平行四边形法则”：（1）用平行四边形法则时，两个已知向量是要共始点的，和向量是始点与已知向量的始点重合的那条对角线，而差向量是另一条对角线，方向是从减向量指向被减向量（2） 三角形法则的特点是“首尾相接”，由第一个向量的起点指向最后一个向量的终点的有向线段就表示这些向量的和；差向量是从减向量的终点指向被减向量的终点当两个向量的起点公共时，用平行四边形法则；当两向量是首尾连接时，用三角形法则．向量加法的三角形法则可推广至多个向量相加： AB BC CD PQ QR AR u u u r u u u r u u u r u u u r u u u r u u u rL ，但这时必须“首尾相连”．3向量的减法① 相反向量：与a 长度相等、方向相反的向量，叫做a的相反向量记作a,零向量的相反向量仍是零向量关于相反向量有： （i ）)(a =a ； (ii) a +(a )=(a )+a =0；(iii)若a 、b是互为相反向量，则a =b ,b =a ,a +b =0②向量减法：向量a 加上b 的相反向量叫做a 与b的差， 记作：)(b a b a求两个向量差的运算，叫做向量的减法③作图法：b a 可以表示为从b 的终点指向a 的终点的向量（a 、b有共同起点）4实数与向量的积：①实数λ与向量a 的积是一个向量，记作λa，它的长度与方向规定如下：（Ⅰ）a a；（Ⅱ）当0 时，λa 的方向与a 的方向相同；当0 时，λa 的方向与a的方向相反；当0 时，0a ，方向是任意的②数乘向量满足交换律、结合律与分配律 5两个向量共线定理：向量b 与非零向量a共线 有且只有一个实数 ，使得b =a6平面向量的基本定理：如果21,e e是一个平面内的两个不共线向量，那么对这一平面内的任一向量a，有且只有一对实数21, 使：2211e e a ，其中不共线的向量21,e e 叫做表示这一平面内所有向量的一组基底 7 特别注意:（1）向量的加法与减法是互逆运算（2）相等向量与平行向量有区别，向量平行是向量相等的必要条件 （3）向量平行与直线平行有区别，直线平行不包括共线（即重合），而向量平行则包括共线（重合）的情况（4）向量的坐标与表示该向量的有向线条的始点、终点的具体位置无关，只与其相对位置有关学习本章主要树立数形转化和结合的观点，以数代形，以形观数，用代数的运算处理几何问题，特别是处理向量的相关位置关系，正确运用共线向量和平面向量的基本定理，计算向量的模、两点的距离、向量的夹角，判断两向量是否垂直等由于向量是一新的工具，它往往会与三角函数、数列、不等式、解几等结合起来进行综合考查，是知识的交汇点例1 给出下列命题：① 若|a r |＝|b r |，则a r =b r；② 若A ，B ，C ，D 是不共线的四点，则AB DC u u u r u u u r是四边形ABCD 为平行四边形的充要条件；③ 若a r =b r ，b r =c r ，则a r =c r ，④a r =b r 的充要条件是|a r |=|b r |且a r //b r；⑤ 若a r //b r ，b r //c r ，则a r //c r ，解：①不正确．两个向量的长度相等，但它们的方向不一定相同．② 正确．∵ AB DC u u u r u u u r ，∴ ||||AB DC u u u r u u u r且//AB DC u u u r u u u r ，又 A ，B ，C ，D 是不共线的四点，∴ 四边形 ABCD 为平行四边形；反之，若四边形ABCD 为平行四边形，则，//AB DC u u u r u u u r 且||||AB DC u u u r u u u r，因此，AB DC u u u r u u u r．③ 正确．∵ a r =b r ，∴ a r ，b r的长度相等且方向相同；又b r ＝c r ，∴ b r ，c r的长度相等且方向相同，∴ a r ，c r 的长度相等且方向相同，故a r ＝c r ．④ 不正确．当a r //b r 且方向相反时，即使|a r |=|b r |，也不能得到a r =b r，故|a r |=|b r |且a r //b r 不是a r =b r的充要条件，而是必要不充分条件． ⑤ 不正确．考虑b r =0r这种特殊情况．综上所述，正确命题的序号是②③．点评：本例主要复习向量的基本概念．向量的基本概念较多，因而容易遗忘．为此，复习一方面要构建良好的知识结构，另一方面要善于与物理中、生活中的模型进行类比和联想．例2 设A 、B 、C 、D 、O 是平面上的任意五点，试化简： ①AB BC CD u u u r u u u r u u u r ，②DB AC BD u u u r u u u r u u u r ③OA OC OB CO u u u r u u u r u u u r u u u r解：①原式= ()AB BC CD AC CD AD u u u r u u u r u u u r u u u r u u u r u u u r②原式= ()0DB BD AC AC AC u u u r u u u r u u u r r u u u r u u u r③原式= ()()()0OB OA OC CO AB OC CO AB AB u u u r u u u r u u u r u u u r u u u r u u u r u u u r u u u r r u u u r例3设非零向量a r 、b r 不共线，c r =k a r +b r ，d r =a r +k b r (k R)，若c r∥d r ，试求k解：∵c r∥d r∴由向量共线的充要条件得：c r=λd r (λ R) 即 k a r +b r =λ(a r +k b r ) ∴(k λ) a r+ (1 λk ) b r = 0r又∵a r 、b r不共线∴由平面向量的基本定理 1010k k k二.平面向量的坐标表示1平面向量的坐标表示：在直角坐标系中，分别取与x 轴、y 轴方向相同的两个单位向量,i j r r 作为基底由平面向量的基本定理知，该平面内的任一向量a r可表示成a xi yj r r r ，由于a r 与数对(x,y)是一一对应的，因此把(x,y)叫做向量a r的坐标，记作a r =(x,y)，其中x 叫作a r在x 轴上的坐标，y 叫做在y 轴上的坐标(1)相等的向量坐标相同，坐标相同的向量是相等的向量(2)向量的坐标与表示该向量的有向线段的始点、终点的具体位置无关，只与其相对位置有关2平面向量的坐标运算：(1) 若 1122,,,a x y b x y r r ，则 1212,a b x x y y rr(2) 若 2211,,,y x B y x A ，则 2121,AB x x y y u u u r(3) 若a r =(x,y)，则 a r=( x, y)(4) 若 1122,,,a x y b x y r r ，则1221//0a b x y x y rr (5) 若 1122,,,a x y b x y r r ，则1212a b x x y y rr若a b rr ，则02121 y y x x3向量的运算向量的加减法，数与向量的乘积，向量的数量（内积）及其各运算运算类型几何方法 坐标方法 运算性质向 量 的 加 法1平行四边形法则 2三角形法则 1212(,)a b x x y y r r a b b a)()(c b a c b aAB BC AC u u u r u u u r u u u r向 量 的 减 法 三角形法则 1212(,)a b x x y y rr )(b a b aAB BA u u u r u u u r OB OA AB u u u r u u u r u u u r向 量 的 乘 法a是一个向量,满足:>0时,a 与a同向;<0时,a 与a异向;=0时, a =0),(y x a a a)()(a a a)( b a b a )(a ∥b a b向 量的 数量 积b a•是一个数 0 a 或0b 时, b a•=0 0 a 且0 b 时,•b a b a b a,cos |||| 1212a b x x y y • rra b b a • •)()()(b a b a b a • • • c b c a c b a • • • )(22||a a ,22||y x a||||||b a b a •例1 已知向量(1,2),(,1),2a b x u a b r r r r r ，2v a b rr r ，且//u v r r ，求实数x 的值解：因为(1,2),(,1),2a b x u a b r r r r r，2v a b r r r所以(1,2)2(,1)(21,4)u x x r ，2(1,2)(,1)(2,3)v x x r又因为//u v r r所以3(21)4(2)0x x ，即105x解得12x例2已知点)6,2(),4,4(),0,4(C B A ,试用向量方法求直线AC 和OB （O 为坐标原点）交点P 的坐标解：设(,)P x y ，则(,),(4,)OP x y AP x y u u u r u u u r因为P 是AC 与OB 的交点所以P 在直线AC 上，也在直线OB 上即得//,//OP OB AP AC u u u r u u u r u u u r u u u r由点)6,2(),4,4(),0,4(C B A 得，(2,6),(4,4)AC OB u u u r u u u r得方程组6(4)20440x y x y解之得33x y故直线AC 与OB 的交点P 的坐标为(3,3)三．平面向量的数量积 1两个向量的数量积：已知两个非零向量a r 与b r ，它们的夹角为 ，则a r ·b r =︱a r︱·︱b r ︱cos叫做a r 与b r的数量积（或内积） 规定0a r r2向量的投影：︱b r ︱cos =||a ba r r r ∈R ，称为向量b r 在a r 方向上的投影投影的绝对值称为射影3数量积的几何意义： a r ·b r 等于a r 的长度与b r 在a r方向上的投影的乘积4向量的模与平方的关系：22||a a a a r r r r5乘法公式成立： 2222a b a b a b a b r r r r r r r r ；2222a b a a b br r r r r r 222a a b b r r r r6平面向量数量积的运算律：①交换律成立：a b b a r r r r②对实数的结合律成立：a b a b a b R r r r r r r③分配律成立： a b c a c b c r r r r r r r c a b rr r特别注意：（1）结合律不成立： a b c a b c r r r r r r；（2）消去律不成立a b a cr r r r 不能得到b c r r（3）a b r r =0不能得到a r =0r或b r =0r7两个向量的数量积的坐标运算：已知两个向量1122(,),(,)a x y b x y r r，则a r ·b r =1212x x y y8a r与b r ，作OA u u u r =a r , OB uuu r =b r ,则∠AOB=（01800 ）叫做向量a r 与b r的夹角cos =cos ,a ba b a b • •r r r r r r =当且仅当两个非零向量a r 与b r 同方向时，θ=00，当且仅当a r 与b r 反方向时θ=1800，同时0r与其它任何非零向量之间不谈夹角这一问题9垂直：如果a r 与b r 的夹角为900则称a r 与b r 垂直，记作a r ⊥b r10两个非零向量垂直的充要条件： a ⊥b a ·b＝O 2121 y y x x 平面向量数量积的性质例1 判断下列各命题正确与否：（1）00a r；（2）00a r r ；（3）若0,a a b a c r r r r r，则b c r r ；⑷若a b a c r r r r ，则b c r r 当且仅当0a rr 时成立； （5）()()a b c a b c r r r r r r 对任意,,a b c r r r向量都成立；（6）对任意向量a r，有22a a r r解：⑴错； ⑵对； ⑶错； ⑷错； ⑸ 错；⑹对例2已知两单位向量a r 与b r 的夹角为0120，若2,3c a b d b a r r r r r r ，试求c r 与d r的夹角解：由题意，1a b r r ，且a r 与b r的夹角为0120，所以，01cos1202a b a b r r r r ，2c c c r r rQ (2)(2)a b a b r r r r 22447a a b b r r r r ，c r同理可得d r而c d r r 2217(2)(3)7322a b b a a b b a r r r r r r r r ，设 为c r与d r 的夹角， 则1829117137217cos1829117arccos点评：向量的模的求法和向量间的乘法计算可见一斑例3 已知 4,3a r， 1,2b r ，,m a b r r r 2n a b r r r ，按下列条件求实数的值（1）m n r r ；（2）//m n r r；(3)m n r r 解： 4,32,m a b r r r 27,8n a b rr r （1）m n r r 082374 952；（2）//m n r r 072384 21 ；(3)m n r r 088458723422222点评：此例展示了向量在坐标形式下的基本运算。
平面向量的平面方程与法向量
平面向量的平面方程与法向量平面向量是指在平面内既有大小又有方向的向量，通过平面向量可以确定平面上的一些特征，其中包括平面方程和法向量。
本文将详细介绍平面向量的平面方程与法向量的相关概念和性质。
1. 平面向量的表示与性质平面向量通常用箭头表示，箭头的方向表示向量的方向，而箭头的长度表示向量的大小。
平面向量的表示可以用两点表示，即从一个点A指向另一个点B得到的向量，记作AB。
根据平行四边形法则，平面向量的大小等于其对应的对角线的大小。
对于平面向量$\vec{a}$和$\vec{b}$，其性质如下：- 加法性质：$\vec{a}+\vec{b}=\vec{b}+\vec{a}$，即向量的加法满足交换律；- 数乘性质：$k(\vec{a}+\vec{b})=k\vec{a}+k\vec{b}$，即数与向量的加法满足分配律；- 数乘性质：$(k+l)\vec{a}=k\vec{a}+l\vec{a}$，即不同数与向量相乘满足分配律。
2. 平面向量的平面方程平面向量的平面方程表示了该向量所在平面的特征。
平面方程的一般形式为$Ax+By+Cz+D=0$，其中A、B和C是方程的系数，D是常数。
需要注意的是，A、B和C不全为0。
以平面上一点P(x, y, z)为例，该点到平面上已知点Q的向量为$\vec{n}$，若平面上的任意一点M(x', y', z')到点Q的向量为$\vec{p}$，则平面方程可以表示为$\vec{np}=0$。
3. 平面向量的法向量对于平面向量的平面方程而言，平面的法向量起着重要的作用。
法向量是垂直于给定平面的向量，可以用来描述平面的方向和倾斜度。
对于平面的法向量，有以下性质：- 若$\vec{n}$是平面方程$Ax+By+Cz+D=0$的法向量，则$\vec{n}(A, B, C)$；- 若平面有一个与$\vec{n}$同向的法向量，其中$\vec{n}$有大小和方向，$\vec{m}=k\vec{n}$，其中k是一个实数。
平面向量的法向量和单位向量
平面向量的法向量和单位向量平面向量的法向量和单位向量是数学中常见的概念。
在本文中，将详细介绍平面向量的法向量和单位向量的定义、性质以及求解方法。
通过对这两个概念的深入理解，能够在解决相关问题时做出正确的判断和计算。
1. 平面向量的法向量平面向量的法向量是指与给定向量垂直的向量。
对于一个平面向量[a, b]，其法向量可以表示为[-b, a]或[b, -a]，其中a和b分别表示平面向量的分量。
根据这个定义，可以得到法向量与原向量垂直的性质。
2. 单位向量单位向量是指模长为1的向量。
对于平面向量[a, b]，其单位向量可以表示为[a/|a|, b/|a|]或[a/|b|, b/|b|]，其中|a|和|b|分别表示平面向量的模长。
单位向量的定义使得它可以用来表示方向而不考虑具体的大小。
3. 平面向量的法向量和单位向量的性质平面向量的法向量和原向量垂直，即两个向量的点积为零。
设向量[a, b]和其法向量[-b, a]，则有a*(-b) + b*a = 0。
这可以从向量的乘法和点积的定义出发进行推导。
平面向量的单位向量与原向量的方向相同或相反，即两个向量的夹角为0或π。
设向量[a, b]和其单位向量[a/|a|, b/|a|]，则有acos(a/|a|*a) +bcos(b/|a|*b) = |a||a|/|a| = |a|，其中acos和bcos分别表示两个向量的夹角的余弦值。
4. 求解平面向量的法向量和单位向量的方法平面向量的法向量可以通过简单的计算得到。
对于向量[a, b]，其法向量为[-b, a]或[b, -a]。
通过交换分量的位置并改变其中一个分量的符号即可求得。
单位向量的求解需要先计算出平面向量的模长，然后将分量除以模长即可得到。
对于向量[a, b]，其单位向量为[a/|a|, b/|a|]或[a/|b|, b/|b|]。
分别用向量的分量除以模长即可得到单位向量。
5. 实例应用平面向量的法向量和单位向量在几何学、物理学等领域都有广泛的应用。
平面的法向量和方向向量
平面的法向量和方向向量平面的法向量和方向向量是平面几何中的重要概念，它们在描述平面的性质和运动方向时起到了关键作用。
本文将分别介绍平面的法向量和方向向量，并探讨它们的应用和相关性质。
一、平面的法向量平面的法向量是指垂直于该平面的向量。
设平面P上有一条直线L，经过L上的两点A和B可以确定一条向量AB。
如果向量AB垂直于平面P，那么向量AB就是平面P的法向量。
平面的法向量有以下性质：1. 法向量与平面上任意两个垂直向量的内积为零。
设向量a和向量b是平面P上的两个垂直向量，向量n是平面P的法向量，则有a·n=0，b·n=0。
2. 平面上的两个垂直向量的内积为零时，它们是平面的法向量的倍数关系。
设向量a和向量b是平面P上的两个垂直向量，向量n是平面P的法向量，则有a·n=0，b·n=0，因此存在实数k，使得a=k·n，b=k·n。
3. 平面上的两个非零向量的叉积是平面的法向量的倍数。
设向量a 和向量b是平面P上的两个非零向量，向量n是平面P的法向量，则有向量a×b=k·n，其中k为实数。
平面的法向量在几何和物理学中有广泛的应用。
例如，在计算平面上的点到另一平面的距离时，可以利用平面的法向量来求解。
同时，在力学中，平面的法向量也被用来描述平面上的压力和力的作用方向。
二、平面的方向向量平面的方向向量是指平面上的一个非零向量，它表示了平面上的一个方向。
设平面P上有一条直线L，经过L上的两点A和B可以确定一条向量AB。
如果向量AB不是平面P的法向量，那么向量AB 就是平面P的方向向量。
平面的方向向量有以下性质：1. 平面上的两个非零向量的线性组合是平面的方向向量。
设向量a 和向量b是平面P上的两个非零向量，向量c=k1·a+k2·b，其中k1和k2为实数，则向量c是平面P的方向向量。
2. 平面上的两个方向向量的叉积是平面的法向量。
平面的法向量-高中数学知识点讲解
平面的法向量
1．平面的法向量
【知识点的知识】
1、直线的方向向量：
→→空间中任意一条直线l 的位置可以由l 上一个定点A 以及一个定方向确定．直线l
上的向量푒以及与푒共线的向量
叫做直线l 的方向向量．注意：
①一条直线l 有无穷多个方向向量，这些方向向量之间互相平行．
②直线l 的方向向量也是所有与l 平行的直线的方向向量．
2、方向向量的求法：可根据直线l 上的任意两点的坐标写出直线l 的一个方向向量．
3、平面的法向量：
由于垂直于同一平面的直线是互相平行的，所以，可以用垂直于平面的直线的方向向量来刻画平面的“方
→→→向”．如果表示向量
푛⊥α，如果푛⊥α，那么
푛的有向线段所在直线垂直于平面α，则称这个向量垂直于平面，记作→
向量
푛叫做平面α的法向量．注意：
①法向量一定是非零向量；
②一个平面α有无穷多个法向量，这些法向量之间互相平行；
→→→→
③向量푛是平面的法向量，向量푚是与平面平行或在平面内，则有푛•푚= 0．
④一个平面α的法向量也是所有与平面α平行的平面的法向量．
4、法向量的求法：
→
（1）设：设出平面法向量的坐标为푛=（u，v，w）；
→（2）列：根据푎⋅→→
푛= 0，푏
⋅
→
푛= 0，列出方程组；
（3）解：把u（或v 或w）看作常数，用u（或v 或w）表示另外两个量
→
（4）取：取u 为任意一个数（当然取得越特殊越好），则得到平面法向量푛的坐标．
1/ 1。
【全程复习方略】2013版高中数学 7.8平面的法向量与平面的向量表示课件 理 新人教B版
【解析】(1)由α⊥β得a·b=0，解得x＝－10.
(2)由a·b=2×(-6)+4×9+(-4)×6=0得a⊥b，从而l1⊥l2．
答案：(1)－10
(2)l1⊥l2
利用空间向量证平行、垂直 【方法点睛】 1.用向量证平行的方法
线线平行 证明两直线的方向向量共线. （1）证明该直线的方向向量与平面的某一 法向量垂直； 线面平行 （2）证明直线的方向向量与平面内某直线 的方向向量平行.
1 z y, y 2z 0, 2 即 2 3x 3y 0, x 3 y, 2
令y=2,得 n ( 3,2,1).
3 3 nCM 3 2 0 1 0, 2 2 ∴n⊥CM, 又CM 平面PAD，
3 3 DP 0, 1, 2 , DA (2 3,3,0),CM ( ,0, ), 2 2
3 3 ,0, ), 2 2
①方法一:令n=(x,y,z)为平面PAD的一个法向量,
DP 0, n 则 即时应用】
(1)思考：①如何确定直线的方向向量？
②在求平面的法向量时，所列的方程组中有三个变量，但只有
两个方程，如何求法向量？
提示：①在直线上任取两点，由这两点确定的向量即可作为直 线的方向向量. ②给其中某一变量恰当赋值，求出该方程组的一组非零解，即 可作为法向量的坐标．
(2)若 A(0, 2, 19 ), B(1, 1, 5 ),C(2,1, 5 ) 是平面α 内的三点，设平面
在Rt△AOB中,AO= 3 =OP,
∴在Rt△POA中,PA= 6, ∴EF=
6 . 2
由题意可知△ABD和△PDB都为正三角形，
【数学】3.2.2《平面法向量与平面的向量表示》课件(新人教B选修2-1)
又 AM ⋅ n = 0
∴ A( x − x0 ) + B( y − y0 ) + C ( z − z0 ) = 0
平面 α 的方程
3、平面法向量的应用
β n 设 n1， 2 分别是平面 α ， 的法向量，
n1 = λ n2 ⇔ n1 // n2 ⇔ α // β 或α与β 重合 ⇒ ⇒ n1 ⋅ n2 = 0 ⇔ n1 ⊥ n2 ⇔ α ⊥ β
C
n
B O A x y
n ⋅ AB = ( x, y, z ) ⋅ (− a, b,0) = − ax + by = 0 则 n ⋅ AC = ( x, y, z ) ⋅ (− a,0, c) = − ax + cz = 0 a a 解得y = x, z = x b c
令x = bc,则y = ac, z = ab
总结：
1）总结利用向量证明两平面平行的方法。 • 一个平面的一组基底与另一个平面共面 两平面至少有 一个非公共点 • 两平面的法向量互相平行 2）证明两平面垂直即证两平面的法向量互相垂直 3）如何利用平面的法向量证明直线与平面垂直？ 设 µ 是平面 α 的法向量， ν 是直线 l 的方向向量
l ⊥ α ⇔ µ //ν
a a 令x = 1,则 y = , z = b c
n = (bc, ac, ab)
a a n = (1, , ) b c
有何 关系？
课堂练习
1、下列结论中，正确的有____________: （1）同一平面的不同法向量是共线向量； （2）若 a 是平面α 的法向量， 是平面 β 的法向量， b a⋅b = 0 则 ； （3）设非零向量 b 、c 均与平面 α 共面，若 a ⋅ b = 0 b ⋅ c = 0 ，则 a 是平面 α 的法向量。 2、平面的一个法向量为 (1,2,0) ，平面的一个法 向量为( 2,−1,0)，则平面 α 与 β 的位置关系是 _____________。 3、已知平面经过三点A(1,2,3)、 ( 2,0,−1) 、 (3,−2,0) C B 试求平面α 的一个法向量。
高中数学 3.2.2平面的法向量与平面的向量表示配套课件 新人教B版选修21
3.2.2 平面的法向量与平面的向量表示
【学习要求】 1．理解平面的法向量的概念，会求平面的法向量． 2．会用平面的法向量证明平面与平面平行、垂直． 3．理解并会应用三垂线定理及其逆定理，证明有关垂直问题． 【学法指导】
在证明过程中，体会向量法与几何法证明的不同之处．从不同 的角度阐明数学证明的原理，培养我们善于探索、独立思考、 集体交流的好习惯.
第十二页，共28页。
研一研·问题探究、课堂(kètáng)
3.2.2
更高效
跟踪训练 2 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.
证明 (1)建立如图所示空间直角坐标系
Dxyz，
研一研·问题(wèntí)探究、课堂
3.2.2
更高效
例2 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 建系如图，设 A(0,0，a)，
则易得 B(0,0,0)，C
23a，
23a，0，
练一练·当堂检测(jiǎn cè)、目标达成 落实处
3.2.2
3．已知 l∥α，且 l 的方向向量为(2，m,1)，平面 α 的法向量 为1，12，2，则 m＝________. 解析 ∵(2，m,1)·1，12，2＝2＋12m＋2＝0. ∴m＝－8.
答案 －8
第二十五页，共28页。
练一练·当堂检测(jiǎn cè)、目标达成
3.2.2
问题 2 根据下列条件，判断相应的直线与平面、平面与平 面的位置关系． (1)直线 l 的方向向量、平面 α 的法向量分别是 a＝(3,2,1)， n＝(－1,2，－1)； (2)平面 α、β 的法向量分别是 n1＝(1,3,0)，n2＝(－3，－9,0)； (3)平面 α、β 的法向量分别是 n1＝(1，－3，－1)，n2＝(8,2,2)． 解 (1)∵a＝(3,2,1)，n＝(－1,2，－1)， ∴a·n＝－3＋4－1＝0，∴a⊥n，∴l⊂α 或 l∥α.
高中 空间向量的应用 知识点+例题 分类全面
[例1] 若直线1l 与2l 的方向向量分别为)4,4,2(-=a 与)6,9,6(-=b ，则两条直线的位置关系是_________.垂直[巩固1] 已知直线l 的一个方向向量为)2,1,1(--=a ，平面α的一个法向量为)4,2,2(--=b ，则直线l 与平面α的位置关系是____________.垂直[巩固2]两个不重合平面的法向量分别为)1,0,1(1-=v 与)2,0,2(2-=v ，则这两个平面的位置关系是___________.平行[巩固3]已知直线l 的方向向量是e ，平面α，β的法向量分别是1n 与2n ，若a =βα ，且1n e ⊥，2n e ⊥，则l 与a 的关系是_______.平行或重合[例2] 已知平面α，β的法向量分别是（-2，3，m ），（4，λ，0），若α∥β，则λ+m 的值_________.-6[巩固1] 已知平面α的法向量是（2，3，-1），平面β的法向量是（4，λ，-2），若α//β，则λ的值为_______.6[巩固2] 若平面α，β的法向量分别是（-1，2，4），（x ，-1，-2）并且α⊥β，则x 的值为_________.-10[例3] 已知正方体ABCD-A 1B 1C 1D 1的棱长为2，E ，F 分别是BB 1，DD 1的中点，求证： （1）FC 1∥平面ADE ； （2）平面ADE ∥平面B 1C 1F ．精典例题透析[巩固]在边长是2的正方体ABCD-A 1B 1C 1D 1中，E ，F 分别为AB ，A 1C 的中点．应用空间向量方法求解下列问题． （1）求EF 的长（2）证明：EF ∥平面AA 1D 1D ； （3）证明：EF ⊥平面A 1CD.1．求异面直线所成角设异面直线l 1，l 2的方向向量分别为m 1，m 2，则l 1与l 2所成的角θ满足cos θ＝><21,cos m m .（]2,0(πθ∈）[例]已知直三棱柱ABC —A 1B 1C 1，∠ACB ＝90°，CA ＝CB ＝CC 1，D 为B 1C 1的中点，求异面直线BD 和A 1C 所成角的余弦值．如图所示，以C 为原点，直线CA 、CB 、CC 1分别为x 轴、y 轴、z 轴建立空间直角坐标系． 设CA ＝CB ＝CC 1＝2，则A 1(2,0,2)，C (0,0,0)，B (0,2,0)，D (0,1,2)， ∴BD →＝(0，－1,2)，A 1C →＝(－2,0，－2)，知识模块3空间向量的应用∴cos 〈BD →，A 1C →〉＝BD →·A 1C →|BD →||A 1C →|＝－105.∴异面直线BD 与A 1C 所成角的余弦值为105.[巩固]如图所示，在棱长为a 的正方体ABCD —A 1B 1C 1D 1中，求异面直线BA 1和AC 所成的角．解 ∵BA 1→＝BA →＋BB 1→，AC →＝AB →＋BC →，∴BA 1→·AC →＝(BA →＋BB 1→)·(AB →＋BC →) ＝BA →·AB →＋BA →·BC →＋BB 1→·AB →＋BB 1→·BC →. ∵AB ⊥BC ，BB 1⊥AB ，BB 1⊥BC ， ∴BA →·BC →＝0，BB 1→·AB →＝0， BB 1→·BC →＝0，BA →·AB →＝－a 2， ∴BA 1→·AC →＝－a 2. 又BA 1→·AC →＝|BA 1→|·|AC →|·cos 〈BA 1→，AC →〉，∴cos 〈BA 1→，AC →〉＝－a 22a ×2a＝－12.∴〈BA 1→，AC →〉＝120°.∴异面直线BA 1与AC 所成的角为60°.2．求线面所成角设直线l 的方向向量和平面α的法向量分别为m ，n ，则直线l 与平面α所成角θ满足sin θ＝><n m ,cos .（]2,0[πθ∈）[例]如图，已知两个正方形ABCD 和DCEF 不在同一平面内，M ，N 分别为AB ，DF 的中点．若平面ABCD ⊥平面DCEF ，求直线MN 与平面DCEF 所成角的正弦值．设正方形ABCD ，DCEF 的边长为2，以D 为坐标原点，分别以射线DC ，DF ，DA 为x ，y ，z 轴正半轴建立空间直角坐标系如图．则M (1,0,2)，N (0,1,0)，可得MN →＝(－1,1，－2)． 又DA →＝(0,0,2)为平面DCEF 的法向量，可得cos 〈MN →，DA →〉＝MN →·DA →|MN →||DA →|＝－63.所以MN 与平面DCEF 所成角的正弦值为|cos 〈MN →，DA →〉|＝63.[巩固]如图所示，在几何体ABCDE 中，△ABC 是等腰直角三角形，∠ABC ＝90°，BE 和CD 都垂直于平面ABC ，且nmαlnmαlBE ＝AB ＝2，CD ＝1，点F 是AE 的中点．求AB 与平面BDF 所成角的正弦值． 解 以点B 为原点，BA 、BC 、BE 所在的直线分别为x ，y ，z 轴， 建立如图所示的空间直角坐标系，则B (0,0,0)，A (2,0,0)，C (0,2,0)，D (0,2,1)，E (0,0,2)，F (1,0,1)． ∴BD →＝(0,2,1)，DF →＝(1，－2,0)． 设平面BDF 的一个法向量为 n ＝(2，a ，b )，∵n ⊥DF →，n ⊥BD →，∴⎩⎪⎨⎪⎧n ·DF →＝0，n ·BD →＝0.即⎩⎪⎨⎪⎧(2，a ，b )·(1，－2，0)＝0，(2，a ，b )·(0，2，1)＝0. 解得a ＝1，b ＝－2.∴n ＝(2,1，－2)． 设AB 与平面BDF 所成的角为θ，则法向量n 与BA →的夹角为π2－θ，∴cos ⎝⎛⎭⎫π2－θ＝BA →·n |BA →||n |＝(2，0，0)·(2，1，－2)2×3＝23，即sin θ＝23，故AB 与平面BDF 所成角的正弦值为23.3．求二面角（],0[πθ∈）如图①，AB 、CD 是二面角α—l —β的两个面内与棱l 垂直的直线，则二面角的大小θ＝><CD AB ,．如图②③，n 1，n 2分别是二面角α—l —β的两个半平面α，β的法向量，则二面角的大小θ满足cos θ＝><21,cos n n 或><-21,cos n n ．[例]如图，ABCD 是直角梯形，∠BAD ＝90°，SA ⊥平面ABCD ，SA ＝BC ＝BA ＝1，AD ＝12，求面SCD 与面SBA 所成角的余弦值大小．建系如图，则A (0,0,0)， D ⎝⎛⎭⎫12，0，0，C (1,1,0)， B (0，1,0)，S (0,0,1)， ∴AS →＝(0,0,1)，SC →＝(1,1，－1)，SD →＝⎝⎛⎭⎫12，0，－1，AB →＝(0,1,0)，AD →＝⎝⎛⎭⎫12，0，0. ∴AD →·AS →＝0，AD →·AB →＝0. ∴AD →是面SAB 的法向量，设平面SCD 的法向量为n ＝(x ，y ，z )，则有n ·SC →＝0且n ·SD →＝0.即⎩⎪⎨⎪⎧x ＋y －z ＝0，12x －z ＝0.令z ＝1，则x ＝2，y ＝－1.∴n ＝(2，－1,1)．∴cos 〈n ，AD →〉＝n ·AD →|n ||AD →|＝2×126×12＝63.故面SCD 与面SBA 所成的二面角的余弦值为63.[巩固]如图，在三棱锥S —ABC 中，侧面SAB 与侧面SAC 均为等边三角形，∠BAC ＝90°，O 为BC 中点．（1）证明：SO ⊥平面ABC ；（2）求二面角A —SC —B 的余弦值．(1)证明 由题设AB ＝AC ＝SB ＝SC ＝SA .连接OA ，△ABC 为等腰直角三角形，所以OA ＝OB ＝OC ＝22SA ，且AO ⊥BC .又△SBC 为等腰三角形，故SO ⊥BC ，且SO ＝22SA .从而OA 2＋SO 2＝SA 2，所以△SOA 为直角三角形，SO ⊥AO . 又AO ∩BC ＝O ，所以SO ⊥平面ABC .(2)解 以O 为坐标原点，射线OB 、OA 、OS 分别为x 轴、y 轴、z 轴的正半轴，建立如图的空间直角坐标系Oxyz ，如右图． 设B (1,0,0)，则C (－1,0,0)， A (0,1,0)，S (0,0,1)．SC 的中点M ⎝⎛⎭⎫－12，0，12， MO →＝⎝⎛⎭⎫12，0，－12，MA →＝⎝⎛⎭⎫12，1，－12， SC →＝(－1,0，－1)， ∴MO →·SC →＝0，MA →·SC →＝0.故MO ⊥SC ，MA ⊥SC ，〈MO →，MA →〉等于二面角A —SC —B 的平面角．cos 〈MO →，MA →〉＝MO →·MA →|MO →||MA →|＝33，所以二面角A —SC —B 的余弦值为33.4．异面直线间距离的求法与两条异面直线均垂直、相交的直线叫两条异面直线的公垂线，两条异面直线的公垂线有且只有一条. 两条异面直线的公垂线段的长度，叫两条异面直线的距离.设l 1，l 2是两条异面直线，n 是l 1，l 2的公垂线段AB 的方向向量，又C 、D 分别是l 1，l 2上的任意两点，则nn DC AB ⋅=[例]正四面体ABCD ，棱长均为a 求异面直线AD 、BC 的距离。
高考数学中的平面向量基本概念及相关性质
高考数学中的平面向量基本概念及相关性质随着人们生活中科技的快速发展，数学的地位越来越重要。
高考数学是整个中学阶段最关键的考试之一，考查学生的数学运算能力和逻辑思维能力。
在高考数学中，平面向量是一个重要的概念，涉及多个方面的知识，而且在实际生活中也有很广泛的应用，因此深入理解平面向量的基本概念及相关性质，对于提高数学水平和应对高考具有重要意义。
一. 矢量的概念和表示平面向量，又称矢量，是由大小和方向决定的量。
矢量可以用有向线段表示，有向线段的长度表示矢量的大小，而方向则是有向线段的方向。
例如，有向线段AB表示一个矢量，长度为5，方向为从A指向B。
记作$\overrightarrow{AB}$，其中上方的箭头表示矢量方向。
二. 矢量的加法和减法矢量的加法和减法是矢量数乘的特殊情形。
设$\overrightarrow{a}$和$\overrightarrow{b}$是两个矢量，$\lambda$是一个实数，则：（1）矢量加法 $\overrightarrow{a}+\overrightarrow{b}$表示从起点为$\overrightarrow{a}$的有向线段终点作为起点，画一条有向线段使之终点与$\overrightarrow{b}$的终点重合，这条线段的长度与方向所表示的量即为$\overrightarrow{a}+\overrightarrow{b}$。
（2）矢量减法 $\overrightarrow{a}-\overrightarrow{b}$表示从起点为$\overrightarrow{a}$的有向线段终点作为起点，画一条有向线段使之终点与$\overrightarrow{b}$的终点重合，这条线段的方向相反，长度为$\left| \overrightarrow{a} \right|-\left|\overrightarrow{b}\right|$，所表示的量即为$\overrightarrow{a}-\overrightarrow{b}$。
人教版【高中数学】选修2-1第三章平面的法向量与平面的向量表示讲义
案例（二）----精析精练课堂 合作 探究重点难点突破知识点一 平面的法向量1.平面法向量的定义(1)定义:已知平面a 如果向量n 的基线与平面a 垂直,则向量n 叫做平面a 的法向量或说向量n 与平面a 正交.(2)平面法向量的性质:①平面a 的一个法向量垂直于与平面a 共面的所有向量;②一个平面的法向量有无数个,一个平面的所有法向量互相平行.2.平面的法向量的求法方法一:找到一条与已知平面垂直的直线,则该直线的任意方向向量都是该平面的法向量方法二:待定系数法,即若要求出一个平面的法向量的坐标,一般要建立空间直角坐标系,然后用待定系数法求解,一般步骤如下:①设出平面的法向量为n=(x,y,x)；②找出(求出)平面内的两个不共线的向量的坐标a=(x 1,y 1,z 1),b=(x 2,y 2,z 2)；③根据法向量的定义,建立关于x,y,z 的方程组⎩⎨⎧=∙=∙;0,0b n a n ④解方程组,取其中的一个解,即得法向量.这里需要说明的是:①方法二必须建立空间直角坐标系,而方法一却不一定要建立空间直角坐标系,视具体情况而定;②在求平面的法向量时,要先找有没有和平面垂直的直线,若没有则用待定系数法;③在利用方法二求解平面的法向量时,方程组⎩⎨⎧=∙=∙;0,0b n a n 有无数多个解,只需给x,y,之中的一个变量赋予一个特值,即可确定平面的一个法向量.赋予的值不同,所求平面的法向量就不同,但它们是共线向量.3.平面法向量的作用详解:设n 1,m 2分别是平面a,β的法向量,m 是直线l 的方向向量,则有:①l ∥a 或l ⊂a ⇔m ⊥n 1⇔m ·n 1=0；②l ⊥a ⇔m ∥n 1；③a ∥β或a 与β重合⇔n 1∥n 2；④a ⊥β⇔=n 1⊥n 2⇔n 1·n 2=0.知识点二 三垂线定理及其逆定理.三垂线定理及逆定理实际上反映的是斜线和射影的关系.①三垂线定理的符号描述如右图,PO 、PA 分别是平面a 的垂线、斜线,OA 是PA 在a 内的射影,a ⊂a,且a ⊥OA,则a ⊥PA.②三垂线定理的逆定理的符号描述如上图,PO 、PA 分别是平面a 的垂线、斜线,OA 是PA 在a 内的射影,a ⊂a,且a ⊥PA,则a ⊥OA.关于定理的应用,首先是找出平面的垂线,至于射影则是由垂足,斜足来确定的,因而是第二位的,由此,我们可以得出三垂线定理证明a ⊥b 的一个程序:一垂、二射、三证,即:第一:找平面及平面的垂线;第二:找射影线(或斜线),这时a,b 便成为平面内的一条直线及一条斜线(或射影);第三:证明射影(或斜线)与直线a 垂直,从而得出a,b 垂直.典型例题分析题型1 求平面的法向量【例1】已知平面a 经过三点A(1,2,3),B(2,0,-1),C(3,-2,0),试求平面a 的一个法向量.解析 用待定系数法求解平面a 的法向量.答案 因为A(1,2,3),B(2,0,-1),C(3,-2,0),所以=(1,-2,-4),=(2,-4,-3).设平面a 的法向量为n=(x,y,z),依题意,应有n ·=0,n ·=0,即有⎩⎨⎧=--=--,0342,042z y x z y x 解得⎩⎨⎧==.0,2z y x 令y=1,则x=2,所以平面a 的一个法向量为n=(2,1,0 方法指导 用待定系数法求解平面的法向量,关键是在平面内找两个不共线的向量,然后列出方程组,方程组有无数解取其中的一个解即可,但要注意在取方程组的一组解时,不能都取零,否则得到零向量,而零向量的方向不能确定,不能作为法向量.【变式训练1】 已知点A(3,0,0),B(0,4,0),C(0,0,5),求平面ABC 的一个单位法向量 答案 因为A(3,0,0),B(0,4,0),C(0,0,5),所以=(-3,4,0),=(-3,0,5).设平面ABC 的法向量为n=（x,y,z)依题意，应有n ·=0,n ·=0,即有⎩⎨⎧=+-=+-,053,043z x y x 解得⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧==,53,43x z x y ,即平面A 的法向量为n(x ，43x,53x),所以平面ABC 的单位向量为n 0=n n =(76920,76915,76912)或n 0=-n n =(-76920,-76915,-76912). 【例2】 在棱长为1的正方体ABCD-A 1B 1C 1D 1中,求平面ACD 1的法向量n 和单位法向量n 0.解析 首先建立空间直角坐标系,再用待定系数法求解平面的法向量.答案 建立空间直角坐标系,如图,则A(1,0,0),C(0,1,0).设平面ACD1的法向量n=(x,y,1).得AC =(-1,1,0),AD =(-1,0,1).又n ⊥面ACD,得n ⊥,n ⊥,所以有⎩⎨⎧=-∙=-∙,0)1,0,1()1,,(,0)0,1,1()1,,(y x y x 得⎩⎨⎧==,1,1y x ∴n=(1,1,1), n 0=n n =111)1,1,1(++=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛33,33,33. 方法指导 用待定系数法求解平面的法向量,应该说是个基本方法,它具有操作简单的特点,应切实掌握其实,对于本题来说,却未必是一个好的方法,这是因为我们可以利用三垂线定理得出直线DB 1⊥AD 1,DB 1⊥CD 1,从而DB 1⊥平面ACD 1,所以1DB 就是平面ACD 1的一个法向量.【变式训练2】 已知正方体ABCD-A 1B 1C 1D 1的棱长为1,在BC,DD 1上是否存在点E,F,使B 1是平面ABF 的法向量?若存在,请证明你的结论,并求出点E,F 满足的条件;若不存在,请说明理由.答案 建立如图所示的空间直角坐标系,则A(1,0,1),B(1,1,1),B 1(1,1,0).设F(0,0,h),E(m,1,1),则=(0,1,0),B 1=(m-1,0,1),=(1,0,1-h).∵·E B 1=0,∴AB ⊥B 1E. 若F B 1是平面ABF 的法向量,则F B 1·=m-1+1-h=m-h=0,∴h=m 即E,F 满足D 1F=CE 时,F B 1是平面ABF 的法向量.所以存在,且E,F 满足D 1F=CE.题型2 三垂线定理及其逆定理的应用【例3】 如下图,下列5个正方体图形中,线段l 是正方体的条对角线,点M 、N 、P 分别为其所在棱的中点,能得出l ⊥面MNP 的图形的序号是 .(写出所有符合要求的图形序号)① ② ③④ ⑤ 解析 本题以正方体为依托,主要考查直线与平面垂直的判定,比较深刻地考查了空间想象能力.为了得到本题答案,必须对5个图形逐一进行判别.对于给定的正方体,l 位置固定,截面MNP 变动,l 与面MNP 是否垂直,可以从正、反两方面进行判断,MN 、NP 、MP 三条线中,若有一条不垂直l ,则可断定l 与面MNP 不垂直；若有两条相交直线与l 都垂直,则可断定l ⊥ 面MNP.答案 解法一:如果记正方体对角线l 所在的对角线截面为a,各图可讨论如下:在图①中,MN 、NP 在平面a 上的射影为同一直线,且与l 垂直故l ⊥面MNP.事实上,还可这样考虑:l 在上底面的射影是MP 的垂线,故l ⊥MP ；在左侧的射影是MN 的垂线,故l ⊥MN,从而l ⊥面MNP.在图②中,由MP ⊥面a,可证明MN 在平面a 上的射影不是l 的垂线,故l 不垂直于MN.从而l不垂直于面MNP.在图③中,点M在a上的射影是l的中点,点P在a上的射影是上底面的中点,知MP在a 上的射影不是l的垂线,得l不垂直于面MNP.在图④中,平面a平分线段MN,故l⊥MN,又l在左侧面的射影(即侧面正方形的一条对角线)与MP垂直,从而l⊥MP,故l⊥平面MNP.在图⑤中,点N在平面a上的射影是对角线l的中点,故M、P在平面a上的射影分别是下、下底面对角线的4等分点,三个射影在同一条直线上,且l与这一直线垂直从而l⊥面MNP.至此,得①④⑤为本题答案.解法二：建立空间直角坐标系O-xyz,设正方体的棱长为2,则对角线l的方向向量可取为l=(2,2,-2).对图①,有=(0,1,0)-(1,0,0)=(-1,1,0),=(0,0,-1)-(1,0,0)=(-1,0,-1),由l·MP=0,l·=0,得l⊥面MNP.对图②,有MN=(2,2,-1)-(1,0,-2)=(1,2,1),由l·≠0知l与面MNP不垂直.对图③,有=(0,1,0)-(2,0,-1)=(-2,1,1),由l·MP≠0知与面MNP不垂直.对图④,有MP=(1,0,-2)-(2,0,-1)=(-1,0,-1),=(0,2,-1)-(2,0,-1)=(-2,2,0),由l·=0,l·=0,得l⊥面MNP.对图⑤,有MP=(2,1,0)-(1,0,-2)=(1,1,2),MN=(0,2,-1)-(1,0,-2)=(-1,2,1),由l·=0,l·=0,得l⊥面MNP综合得本题答案为①④⑤.方法指导从解法二可以看到:应用向量法讨论两直线是否垂直十分方便,操作也比较简单,无须多动脑筋,只需要计算正确即可.【变式训练3】已知正方体ABCD-A1B1C1D1中,E、F、G分别是棱AB、BC、BB1上的点,且BE=BF=BG,求证:BD1⊥平面EFG.答案如下图所示,因为四边形ABCD是正方形,BE=BF,所以EF∥AC,又因为AC⊥BD,所以EF ⊥BD.因为BD 为BD 1在平面AB 上的射影,所以BD 1⊥EF(三垂线定理).同理BD 1⊥EG,故BD 1⊥平面EFG.【例4】 如右图,P 是△ABC 所在平M 面外一点,且PA ⊥平面ABC,若O,Q 分别是△ABC 和△PBC 的垂心,求证:OQ ⊥平面PBC.解析 欲证线面垂直,只须证明OQ 垂直于面PBC中的两条相交线,据重心,结合PA ⊥面ABC,利用三垂线定理其逆定理及求解答案PAE BC PE BC PBC Q AE BC ABC O 平面的垂心是的垂心是⊥⇒⎭⎬⎫⊥⇒∆⊥⇒∆. 因为OQ ⊂平面PAE,所以OQ ⊥BC,因为PA ⊥平面ABC,BFC 平面ABC 所以BF ⊥PA,又因为O 是△ABC 的垂心,所以BF ⊥AC,所以BF ⊥平面PAC,则FM 是BM 在平面PAC 上的射影. 因为BM ⊥PC,根据三垂线定理的逆定理,可得FM ⊥PC,从而PC ⊥平面BFM,又OQ ⊂平面BFM,所以OQ ⊥PC,又PC ∩BC=C,所以OQ ⊥平面PBC.方法指导 三垂线定理及其逆定理是证明线线垂直,特别是异面直线垂直的常用工具. 利用三垂线定理及其逆定理证明线线垂直的问题时,解决问题的关键是找准“一面三线”.【变式训练4】如下左图,在正三棱柱ABC=A 1B 1C 1中,AB 1⊥BC 1,求证:A 1C ⊥BC 1.答案 如上右图,取BC 、B 1C 1的中点分别为D 、D 1,由正三棱柱的性质知AD ⊥面BCC 1B 1,A 1D 1⊥面BCC 1B 1,所以B 1D 、CD 1分别为AB 1、A 1C 在面BCC 1B 1上的射影.因为AB 1⊥BC 1,所以B 1D ⊥BC 1(三垂线定理的逆定理)又D 、D 1分别为BC 、B 1C 1的中点,所以B 1D ∥CD 1,所以CD 1⊥BC 1,所以BC 1⊥A 1C(三垂线定理).题型3 利用法向量证明平行与垂直【例5】已知正方体OABC-O 1A 1B 1C 1的棱长为1,E 是C 1O 1上的点,且C 1E=21EO 1,F 是CC 1上的点,且C 1F=21FC. (1)求平面A 1BC 1的一个法向量；(2)证明EF ∥平面A1BC1.解析 一建立恰当的空间直角坐标系,用待定系教法求出平面A 1BC 1的一个法向量n,然后证明EF ⊥n.答案 建立如右图所示的空间直角坐标系,则B(1,1,0),A 1(1,0,1),C 1(0,1,1).(1)设n=(x,y,z)是平面A 1BC 1的一个法向量,则n ⊥1,n ⊥1BC ,从而n ·1=0,n ·1BC =0 ∵1=(0,-1,1),1BC =(-1,0,1),∴⎩⎨⎧=+-=+-,0,0z x z y x=z=y.取x=y=z=1,则n=(1,1,1)为平面A 1BC 1的一个法向量.(2) 要证明EF ∥平面A 1BC 1只要证明⊥n.∵E(0,32,1)F(0,1,32),=(0,31,-31).∵n ·EF =31-31=0,∴n ⊥EF ,∴E ∥平面A 1BC 1. 又EF 不在平面A 1BC 1内,∴EF ∥平面A 1BC 1.方法指导 由于有了第(1)小题,所以产生了上面第(2)小题的证明方法对于第(2)小题的证明也可以由EF =F C 1-E C 1=31(C C 1-11O C )=31(B B 1-11A B )=31B A 1,得∥B A 1,∴∥平面A 1BC 1,又EF ⊄平面A 1BC 1,故EF ∥平面A 1BC 1.或由=(0,31,-31),B A 1=(0,1,-1)=3EF 来证明.【变式训练5】 已知正方体ABCD-A 1B 1C 1D 1的棱长为2,E 、F 分别是BB 1、DD 1的中点,求证:(1)FC 1∥平面ADE ；(2)平面ADE ∥平面B 1C 1F.答案 如下图,建立空间直角坐标系D-xyz,则有D(0,0，0)、A(2,0,0)、C(0,2,0)、C 1(0,2,2)、E(2,2,1)、F(0,0,1),所以1FC =(0,2,1)、=(2,0,0)、=(0,2,1). 设n 1=(x 1,y 1,z 1),n 2=(x 2,y 2,z 2)分别是平面ADE 、平面B 1C 1F 的法向量,则n 1⊥,n 1⊥AE ,∴⎪⎩⎪⎨⎧=+=∙==∙,02,0211z y n x n∴⎩⎨⎧-==,2,0y z x 取y=1.则n 1=(0,1,-2).同理可求n 2=(0,1,-2).(1) ∵n1·1FC =(0,1,-2)·(0,2,1)=0,∴n 1⊥1FC ,又FC 1￠平面ADE,FC 1∥平面ADE.(2) n 1∥n 2,∴平面ADE ∥平面B 1C 1F.【例6】 在正方体ABCD 一A 1B 1C 1D 1中,E 是棱BC 的中点,试在棱CC 1上求一点P,使得平面A 1B 1P ⊥平面C 1DE.解析 若要在棱CC 1上求一点P,使得平面A 1B 1P ⊥平面C 1DE,需建立恰当的空间直角坐标系,并设出点P 的坐标,求出平面A 1B 1P 与平面C 1DE 的法向量,建立方程求出点P 的坐标,确定点P 的位置.答案 如右图,以D 为原点,建立如图所示的空间直角坐标系,设正方体的棱长为1,则P(0,1,a),A 1(1,0,1),B 1(1,1,1)E(21,1,0), C 1(0,1,1)∴11B A =(0,1,0,A 1=(-1,1,a-1) ,DE =(21,1,0)1DC =(0,1,1). 设平面A 1B 1P 的一个法向量为n 1=(x,y,z),则⎪⎩⎪⎨⎧=∙=∙,0,011111A n B A n ⇒⎩⎨⎧=-++-=.0)1(,0z a y x y 令z=1,则得x=a-1,所以平面A1BD 的一个法向量为n1=(a-1,0,1).设平面C1DE 的一个法向量为n2=(x,y,z), 则⎪⎩⎪⎨⎧=∙=∙,0,0122DC n n ⇒⎪⎩⎪⎨⎧=+=+.0,021z y y x 令y=1,则得x=-2,z=-1,所以平面CB 1D 1的一个法向量为n 2=(-2,1,-1).因为平面A 1B 1P ⊥平面C 1DE,所以n 1·n 2=0,⇒-2(a-1)-1=0,解得a=21,所以当P 为CC 1的中点时,平面A 1B 1P ⊥平面C 1DE.规律总结 此题是确定点P 的位置,但考查的是两个平面垂直的充要条件,解决本题的关键是建立恰当的空间直角坐标系,求出两个平面的法向量.这里法向量的坐标一个都不能求错,否则将得到错误答案.【变式训练6】 如下图,△ABC 是一个正三角形,EC ⊥平面ABC,BD ∥CE,且CE=CA=2BD,M 是EA 的中点.求证:平面DEA ⊥平面ECA.答案 不妨设CA=2,则CE=2,BD=1,C(0,0,0),A(3,1,0),B(0,2,0),E(0,0,2),D(0,2,1),EA =(3,1,-2),CE =(0,0,2),ED =(0,2,-1),设面CEA 与面DEA 的法向量是n 1=(x 1,y 1,z 1)、n 2=(x 2,y 2,z 3),所以得⎩⎨⎧==-+,02,0231111z z y x ⇒⎩⎨⎧=-=,0,3111z x y ⎩⎨⎧=-=-+,02,02322222z y z y x ⇒⎩⎨⎧==,2,32222y z y x 不妨取n 1=(1,-3,0),n 2=(3,1,2)从而计算得n 1·n 2=0,所以两个法向量相互垂直,两个平面就相互垂直.规律 方法 总结(1)求平面法向量的方法:求一个平面的法向量的坐标的方法步骤:①建立空间直角坐标系,设出平面的法向量为n=(x,y,z)②找出(求出)平面内的两个不共线的向量的坐标a=(a0,b1,c1),b=(a2,b2,c2).③根据法向量的定义建立关于x 、y 、x 的方程组⎩⎨⎧=∙=∙.0,0b n a n ④解方程组,取其中的一个解,即得法向量.由于一个平面的法向量有无数个,故可在代入方程组的解中取一个最简单的作为平面的法向量.(2)用空间向量证明平行问题,主要是运用直线的方向向量和平面的法向量,借助空间中已有的一些关于平行的定理,再通过向量运算来解决.(3)用空间向量证明垂直问题,主要是运用直线的方向向量和平面的法向量,借助空间中已有的一些关于垂直的定理,再通过向量运算来解决.定时巩固检测基础训练1. 下列说法中不正确的是（）A.平面a的法向量垂直于与平面a共面的所有向量B一个平面的所有法向量互相平行C.如果两个平面的法向量垂直,那么这两个平面也垂直D.如果a,b与平面a共面,且n⊥a,n⊥b,那么n就是平面a的一个法向量【答案】 D(点拨:a与b所在直线必须为相交直线时,n才是平面a的一个法向量,否则不是.)2. 给定下列命题:①若n1,n2分别是平面a，β的法向量,则n1∥n2⇔a∥β；②若n1,n2分别是平面a,β的法向量,则a∥β⇔n1·n2=0；③若n是平面a的法向量,且向量a与平面a 共面,则a·n=0；④若两个平面的法向量不垂直,则这两个平面定不垂直其中正确命题的个数是（）A.1B.2C.3D.4【答案】 C(点拔:①③④正确,②中a∥p=mn∥m,)3. 给定下列命题:①若a是平面a的斜线,直线b垂直于a在平面a内的射影,则a⊥b;②若a是平面a的斜线,平面β内的条直线b垂直于a在平面a内的射影,则a⊥b;③若a是平面a的斜线,直线b⊂a,且b垂直于a在平面β内的射影,则a⊥b；④若a是平面a的斜线,直线b⊂a,且b垂直于a在平面a内的射影,则a⊥b.其中,正确命题的个数是（）A.1B.2C.3D.3【答案】 B(点拨:根据三垂线定理及其逆定理判断只有④正确.)4. Rt△ABC的斜边BCC平面a,顶点A∉a,则△ABC的两条直角边在平面a内的射影与斜边所成的图形只能是 ( )A.一条线段或一个直角三角形B一条线段或一个锐角三角形C.一条线段或一个锐角三角形D.一个锐角三角形或一个直角三角形【答案】 C(点拨:当平面ABC ⊥平面a 时,Rt △ABC 在平面内的射影是一条线段.当平面ABC 与平面a 斜交时,如右图所示,过A 作AO ⊥a,连接BO,CO,在△BOC 中,AB 2一AO 2=BO 2,在Rt △AOC 中,AC 2-AO 2=CO 2,②在Rt △ABC 中,AB2+AC2=BC2,③在Rt △ABC 中,cos ∠BOC=COBO BC CO BQ ∙∙-+2222,④ 将①②③代入④,得cos ∠BOC=COBO AO ∙∙-22<0,所以∠BOC 是钝角,所以△BOC 是钝角三角形.)5. 设A 是空间任意一点,n 为空间任一非零向量,则适合条件·n=0的点M 的轨迹是 .【答案】 过点A 且与向量n 垂直的平面(点拨:AM ·n=0称为一个平面的向量表示式,这里考察的是基本概念.)能力提升6. 已知=(2,2,1),=(4,5,3),则平面ABC 的单位向量是 .【答案】 ±（31，-32，32）(点拨:设单位法向量n=(x,y,z), 则⎪⎩⎪⎨⎧=++=++=++,0354,022,1222z y x z y x z y x 解得⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧=-==32,32,31z y x 或⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧-==-=.32,32,31z y x ） 7. 如下图,PA 垂直于⊙O 所在的平面,AB 是⊙O 的直径,C 是⊙O 上的一点,E 、F 分别是点A 在PB 、PC 上的射影,给出下列结论：①AF ⊥PB ；②EF ⊥PB ；③AF ⊥BC ；④AE ⊥平面PBC.其中真命题的序号是 .【答案】①②③(点拨:利用三垂线定理及其逆定理判断即可.)8. 如右图所示,在四棱锥P一ABCD中,PA⊥底面ABCD,底面各边都相等,M是PC上的一动点,当点M满足时,平面MBD⊥平面PCD.(注:只要填写一个你认为正确的条件即可)【答案】 DM⊥PC(点拨:由三垂线定理可知BD⊥PC,当DM⊥PC(或BM⊥PC)时,即有PC⊥平面BMD.所以平面MBD⊥平面PCD.)9. 如右图,△ADB和△ADC都是以D为直角顶点的直角三角形,且AD=BD=CD,∠BAC=60°. (1)求证:BD⊥平面ADC; (2)若H为△ABC的垂心,求证:H是D在平面ABC内的射影【答案】 (1)因为AD=BD=CD,∠ADB=∠ADC=90°,所以△ADB≌△ADC,AB=AC,∠BAC=60°,所以△ABC为正三角形,所以AB=BC,所以△ABD≌△CBD,所以△BDC为直角三角形,∠BDC=90°,BD⊥CD.又BD⊥AD,所以BD⊥平面ADC.（2）如右图所示,设D在△ABC内的射影为H′,连接CH′并延长交AB于E,因为CD⊥AD,且CD⊥DB,所以CD⊥面ADB,所以CD⊥AB,由三垂线定理的逆定理得CE⊥AB.同理,连接BH′并延长交AC于F,可得BF⊥AC,所以H′为△ABC的垂心,即D在平面ABC内的射影为△ABC的垂心,所以H′与H重合,即H是D在平面ABC内的射影.。
高中平面向量知识点总结
高中平面向量知识点总结一、平面向量的定义与性质1. 平面向量的定义平面向量是具有大小和方向的几何对象，通常用有向线段来表示，记作AB→，其中A、B 为起点和终点。
2. 平面向量的性质（1）平面向量相等的充分必要条件是它们的大小相等，方向相同。
（2）平面向量相加的几何意义：平面向量A+B的几何意义是以B为起点，在A的方向上作另一有向线段，则A+B的终点是以A、B的起点为起点、终点的有向线段。
（3）平面向量乘以实数的几何意义：实数k是负数时，它对平面向量的作用是对此向量作方向相反或绝对值为|k|倍的拉伸；k为正数时，它对平面向量的作用是对此向量作方向相同或绝对值为k倍的拉伸；k=0时，作用是得到一个零向量。
二、平面向量的基本运算1. 平面向量的加法平面向量A(a1, a2)、B(b1, b2)相加的结果是C(c1, c2)，其中c1=a1+b1，c2=a2+b2。
2. 平面向量的减法平面向量A(a1, a2)、B(b1, b2)相减的结果是C(c1, c2)，其中c1=a1-b1，c2=a2-b2。
3. 平面向量的数量积平面向量A(a1, a2)、B(b1, b2)的数量积是a1b1+a2b2，它是一个标量（实数）。
4. 平面向量的数量积的性质（1）交换律：A·B = B·A（2）分配律：A·(B+C) = A·B + A·C（3）A·A = |A|^2，其中|A|为向量A的模。
（4）若向量A与向量B夹角为θ，则A·B = |A||B|cosθ5. 平面向量的夹角若向量A、B夹角为θ，则A·B = |A||B|cosθ三、平面向量的应用1. 向量的共线性与共面性两个向量共线的充分必要条件是它们的方向相同或相反；三个向量共面的充分必要条件是它们的线性相关。
2. 向量的投影向量A在向量B上的投影是A在B方向上的长度，记作proj_BA = |A|cosθ，其中θ为A 与B的夹角。
平面向量的法向量和单位向量
平面向量的法向量和单位向量平面向量是二维空间中的箭头，可以用来表示位置、方向和大小。
在平面向量中，除了有定义明确的概念如零向量、负向量和共线向量等，法向量和单位向量也是非常重要的概念。
本文将对平面向量的法向量和单位向量进行详细阐述。
一、平面向量的法向量1. 定义平面向量的法向量，简称法向量，是与给定向量垂直的向量。
对于平面上的向量 A = (a₁, a₂)，其法向量 N = (b₁, b₂)应满足以下条件：a₁ * b₁ + a₂ * b₂ = 0这就是法向量的定义。
2. 求解方法根据定义，可以通过解线性方程组的方法求解平面向量的法向量。
以向量 A = (3, 4)为例，设法向量为 N = (x, y)，代入定义的等式可以得到：3 * x +4 * y = 0根据上述方程，我们可以得到一个关系式 x = -4/3 * y。
取 y = 3，代入公式可以得到一个解 N = (-4, 3)。
同理，可以得到无数个解。
二、平面向量的单位向量1. 定义在平面向量中，单位向量是长度为1的向量，通常用^A 表示。
对于非零向量 A = (a₁, a₂)，其单位向量 ^A = (c₁, c₂)应满足以下条件：c₁² + c₂² = 1这就是单位向量的定义。
2. 求解方法根据定义，可以通过向量的模与法向量来求解平面向量的单位向量。
以向量 A = (3, 4)为例，首先计算向量 A 的模长：|A| = √(3² + 4²) = 5然后根据单位向量的定义，计算单位向量 ^A：^A = (3/5, 4/5)可以看出，单位向量 ^A 的模长为1，符合定义。
三、法向量和单位向量的应用1. 法向量的应用法向量在几何学、物理学等方面有着广泛的应用。
在几何学中，法向量可以用来表示平面的垂直方向；在物理学中，法向量可以用来描述力的作用方向、地形的陡峭程度等。
2. 单位向量的应用单位向量在计算中有着重要的应用。
高中数学有关平面向量的公式的知识点总结
高中数学有关平面向量的公式的知识点总结高中数学中，关于平面向量的公式有很多。
以下是一些常见的知识点总结：1. 平面向量的表示：- 平面向量可以用坐标表示，即一个有序数对（a，b），其中a和b称为向量的横纵坐标。
- 平面向量也可以用有向线段表示，即在平面上用一条有方向的线段来表示向量，线段的起点为向量的始点，终点为向量的终点。
2. 向量的加法和减法：- 平面向量的加法满足平行四边形法则，即将两个向量的始点相接，以它们的终点为对角线的平行四边形的对角线。
- 向量的减法可以看作是加上负向量，即将减法转化为加法。
3. 数乘：- 平面向量与一个实数或标量相乘，相当于将向量的长度（模）乘以这个实数，并改变向量的方向，若实数为负数，则改变向量的方向。
4. 向量的数量积（内积）：- 向量的数量积是一个标量，表示为向量的点乘，也可以称为内积。
- 内积的计算公式：a·b = |a||b|cosθ，其中a与b分别为两个向量，|a|和|b|为它们的长度（模），θ为它们之间的夹角。
5. 向量的向量积（叉乘）：- 向量的向量积是一个向量，表示为向量的叉乘，也可以称为外积。
- 外积的计算公式：a×b = |a||b|sinθn，其中a与b分别为两个向量，|a|和|b|为它们的长度（模），θ为它们之间的夹角，n为垂直于它们所在平面的单位法向量。
6. 向量的共线和垂直：- 两个向量共线的条件是它们的夹角为0度或180度，也就是它们的数量积等于0或它们的向量积等于0。
- 两个向量垂直的条件是它们的夹角为90度，也就是它们的数量积等于0。
这些是高中数学中关于平面向量的一些常见的公式和知识点。
还有一些额外的知识点如向量在坐标系中的投影、单位向量、平面向量的判定式等，这些知识点会在更进一步的数学学习中涉及到。
法向量高考知识点
法向量高考知识点法向量是高考数学中的重要知识点之一。
了解和掌握法向量的概念和相关性质对于解答与向量相关的题目至关重要。
本文将对法向量进行详细介绍和分析。
一、法向量的定义及性质在平面几何中，法向量是与某一线段、直线或者曲线垂直的向量。
具体来说，对于直线$l$上一点$P$，若直线$l$的法向量为$\mathbf{n}$，则向量$\mathbf{n}$垂直于直线$l$，即$\mathbf{n}$与直线$l$上任意一向量都垂直。
对于平面几何中的图形，法向量的性质如下：1. 直线的法向量：直线$l$的法向量与$l$平行，并且垂直于直线上的每一个向量；2. 线段的法向量：线段的两个端点可以确定一条直线，该直线的法向量即为线段的法向量；3. 曲线的法向量：对于光滑曲线上一点$P$，曲线在该点处的切线与曲线的法向量垂直。
二、法向量的计算方法在高考题目中，计算法向量一般可根据图形性质和向量运算来进行。
1. 直线的法向量计算对于已知直线$ax+by+c=0$，可通过观察得到其法向量为$\mathbf{n}=(a,b)$。
2. 线段的法向量计算对于线段的两个端点$A(x_1,y_1)$和$B(x_2,y_2)$，通过向量$\overrightarrow{AB}=(x_2-x_1,y_2-y_1)$即可得到线段的法向量。
3. 曲线的法向量计算对于曲线上一点$P(x,y)$，可以通过求曲线上两个点处的切线来获取曲线在该点处的法向量。
通常，可以通过对曲线进行参数化来求取曲线上的点和切线，然后利用垂直关系计算法向量。
三、法向量在高考题目中的应用法向量作为向量的一种特殊形式，在高考数学中常常会涉及到与法向量相关的题目。
1. 几何题目例如，已知平面上的一个三角形，可以通过计算三角形某一边的法向量，进而判断三角形的形状和性质。
2. 向量运算在向量的线性运算中，法向量常常被用于表示两个向量的垂直关系。
通过计算向量的内积和外积，可判断两个向量的垂直性和平行性。
平面向量知识点归纳
第一章平面向量2.1向量的基本概念和基本运算16、 向量：既有大小，又有方向的量. 数量：只有大小，没有方向的量. 有向线段的三要素：起点、方向、长度. 零向量：长度为0的向量. 单位向量：长度等于1个单位的向量. 平行向量（共线向量）：方向相同或相反的非零向量.零向量与任一向量平行. 相等向量：长度相等且方向相同的向量. 17、向量加法运算： ⑴三角形法则的特点：首尾相连. ⑵平行四边形法则的特点：共起点. r r r ⑶三角形不等式：〔a b| a b a b r r ⑷运算性质：①交换律：abba ； 「匚-■： -:二 r r r r r r r 「r 「r ②结合律：a b ca b c :③aOOaa . ⑸坐标运算：设a %X1,y2卷l b% X2X1y218、向量减法运算： ⑴三角形法则的特点：共起点，连终点，方向指向被减向量. ⑵坐标运算：设 a % X1,y2卷r b y1X1uuu 设 、 两点的坐标分别为 x 1,y 1 , x 2, y 2，则 为 x 2,y 1 y 219、向量数乘运算： ⑴实数与向量a 的积是一个向量的运算叫做向量的数乘，记作a .①I a丨脚； ②当 0时， a 的方向与 a 的方向相同；当 0时， a 的方向与a 0时，a r 0.⑵运算律：① r a a :②r a r r a a ； ③a b ⑶坐标运算：设 a x,y , 则a x,y x, y .的方向相反；当20、向量共线定理：向量 a a r a 设X2r 1UuU ILH IrHrU= AC-AB = BCr r与b 共线，当且仅当有唯一一个实数 ，使ba .「 「ry 2 ,其中b 0,则当且仅当x 1y 2x 2y 1 0时，向量a 、br o共线. 2.2平面向量的基本定理及坐标表示 ir uu 21、平面向量基本定理：如果 ei 、e ，是同一平面内 的两个不共线向量，那么对于这一平面内的任意向量a ，有且只有一对实数1、 2，使a 1Uuu u ur 2O 2 .（不共线的向量e 、e 2作22、分点坐标公式：设点 是线段1 2上的一点，1、 2的坐标分别是h ，X 2』2，uu ujir2时，点的坐标是X 1 X 2 % y 2（当1时，就为中点公式。
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第三章 §3.2 直线的方向向量与直线的向量方程
3.2.2 平面的法向量与平面的向量表示
学习目标
XUEXIMUBIAO
1.理解平面的法向量的概念，会求平面的法向量. 2.会用平面的法向量证明平面与平面平行、垂直. 3.了解三垂线定理及其逆定理.
内容索引
NEIRONGSUOYIN
自主学习 题型探究 达标检测
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课堂小结
KETANGXIAOJIE
1.用法向量来解决平面与平面的关系问题，思路清楚，不必考虑图形的位置 关系，只需通过向量运算，就可得到要证明的结果. 2.利用三垂线定理证明线线垂直，需先找到平面的一条垂线，有了垂线，才 能作出斜线的射影，同时要注意定理中的“平面内的一条直线”这一条件， 忽视这一条件，就会产生错误结果.
置；若不存在，请说明理由.
题型三 利用空间向量证明垂直问题
例3 三棱锥被平行于底面ABC的平面所截得的几何体如图所示，截面为 A1B1C1，∠BAC＝90°，A1A⊥平面ABC，A1A＝ 3，AB＝AC＝2A1C1＝2，D为 BC的中点.证明：平面A1AD⊥平面BCC1B1.
反思感悟 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，证明两个法向量垂直，从而得到两 个平面垂直.
1 自主学习
PART ONE
知识点一 平面的法向量 已知平面α，如果 向量n的基线与平面α垂直 ，则向量n叫做平面α的法向量或 说向量n与平面α正交. 知识点二 平面的向量表示 设A是空间任一点，n为空间内任一非零向量，则适合条件 A→M·n＝0 的点M的 集合构成的图形是过空间内一点A并且与n垂直的平面.这个式子称为一个平面 的向量表示式.
素养评析 立体几何中探索性、存在性问题的思维层次较高，分析时应特别 注意.本例由题意设出探求点的坐标，利用两平面垂直，法向量的位置关系 及严密的逻辑推理，从而得出点P的坐标.
3 达标检测
PART THREE
1.若直线l∥α，且l的方向向量为(2，m,1)，平面α的法向量为 1，12，2，则m等于
ห้องสมุดไป่ตู้
A.－4
B.－6
√C.－8
D.8
解析 ∵l∥α，平面 α 的法向量为1，12，2，
∴(2，m,1)·1，12，2＝0，
即 2＋12m＋2＝0，∴m＝－8.
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2.若两个不同平面α，β的法向量分别为u＝(1,2，－1)，v＝(－3，－6,3)，则
√A.α∥β
C.α，β相交但不垂直
跟踪训练1 如图，在四棱锥P－ABCD中，平面PAB⊥平面ABCD，△PAB是边 长为1的正三角形，ABCD是菱形.∠ABC＝60°，E是PC的中点，F是AB的中点， 试建立恰当的空间直角坐标系，求平面DEF的法向量.
题型二 利用空间向量证明平行问题
例2 已知正方体ABCDA1B1C1D1的棱长为2，E，F分别是BB1，DD1的中点， 求证： (1)FC1∥平面ADE；
4.已知平面α的法向量是(2,3，－1)，平面β的法向量是(4，λ，－2)，若α∥β， 则λ的值是
A.－130
√B.6
C.－6
10 D. 3
解析 ∵α∥β，∴α的法向量与β的法向量也互相平行.
∴24＝3λ＝－ －12.∴λ＝6.
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5.已知平面α与平面β垂直，若平面α与平面β的法向量分别为μ＝(－1,0,5)，v＝ (t,5,1)，则t的值为___5__. 解析 ∵平面α与平面β垂直， ∴平面α的法向量μ与平面β的法向量v互相垂直， ∴μ·v＝0，即－1×t＋0×5＋5×1＝0，解得t＝5.
思考辨析 判断正误
SIKAOBIANXIPANDUANZHENGWU
1.已知直线垂直于α，向量a平行直线l，则a是平面α的法向量.( × ) 2.若向量n1，n2为平面的法向量，则以这两个向量为方向向量的直线一定 平行.( × ) 3.若平面外的一条直线的方向向量与平面的法向量垂直，则该直线与平面 平行.( √ ) 4. 直 线 的 方 向 向 量 与 平 面 的 法 向 量 的 方 向 相 同 或 相 反 时 ， 直 线 与 平 面 垂 直.( √ )
跟踪训练3 在正方体ABCD－A1B1C1D1中，E，F分别是BB1，CD的中点. (1)求证：平面AED⊥平面A1FD1；
(2)在直线AE上求一点M，使得A1M⊥平面AED.
核心素养之逻辑推理
HEXINSUYANGZHILUOJITUILI
利用向量求解空间中的探索性问题
典例 在正方体ABCD－A1B1C1D1中，E是棱BC的中点，试在棱CC1上求一 点P，使得平面A1B1P⊥平面C1DE.
反思感悟 利用向量证明平行问题，可以先建立空间直角坐标系，求出直线 的方向向量和平面的法向量，然后根据向量之间的关系证明平行问题.
跟踪训练2 如图，在四棱锥P-ABCD中，PA⊥平面ABCD，PB与底面所成 的角为45°，底面ABCD为直角梯形，∠ABC＝∠BAD＝90°，PA＝BC＝12AD ＝1，问在棱PD上是否存在一点E，使CE∥平面PAB？若存在，求出E点的位
(2)平面ADE∥平面B1C1F. 证明 因为C—1→B1＝(2,0,0)，设 n2＝(x2，y2，z2)是平面 B1C1F 的法向量.
由 n2⊥F→C1，n2⊥C—1→B1，
n2·F→C1＝2y2＋z2＝0， 得n2·C—1→B1＝2x2＝0，
x2＝0， 得
z2＝－2y2.
令z2＝2，得y2＝－1，所以n2＝(0，－1,2)， 因为n1＝n2，所以平面ADE∥平面B1C1F.
知识点三 两平面平行或垂直的判定及三垂线定理 1.两平面平行或垂直的判定方法 设n1，n2分别是平面α，β的法向量，则容易得到 α∥β或α与β重合⇔ n1∥n2 ； α⊥β⇔ n1⊥n2 ⇔ n1·n2＝0 .
2.三垂线定理 如果在平面内的一条直线与平面的一条斜线在这个平面内的射影垂直，则 它也和这条斜线垂直.
2 题型探究
PART TWO
题型一 求平面的法向量
例1 如图，在四棱锥P－ABCD中，底面ABCD为矩形，PA⊥平面ABCD，E 为PD的中点.AB＝AP＝1，AD＝ 3 ，试建立恰当的空间直角坐标系，求平面 ACE的一个法向量.
引申探究 若本例条件不变，试求直线PC的一个方向向量和平面PCD的一个法向量.
B.α⊥β D.以上均不正确
解析 ∵v＝－3u，∴v∥u.故α∥β.
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3.若a＝(1,2,3)是平面γ的一个法向量，则下列向量中能作为平面γ的法向量的是
A.(0,1,2)
√B.(3,6,9)
C.(－1，－2,3)
D.(3,6,8)
解析 向量(1,2,3)与向量(3,6,9)共线.
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反思感悟 利用待定系数法求平面法向量的步骤
(1)设向量：设平面的法向量为n＝(x，y，z). (2)选向量：在平面内选取两个不共线向量A→B，A→C.
n·A→B＝0， (3)列方程组：由n·A→C＝0
列出方程组.
n·A→B＝0， (4)解方程组：n·A→C＝0. (5)赋非零值：取其中一个为非零值(常取±1). (6)得结论：得到平面的一个法向量.