空间向量与平行、垂直关系26585

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令 x=1,则 y=1,z=2, ∴平面 PAO 的一个法向量为 n1=(1,1,2). 若平面 D1BQ∥平面 PAO,那么 n1 也是平面 D1BQ 的一个法向量. ∴n1·B→Q=0,即-2+2c=0,∴c=1, 这时 n1·B→D1=-2-2+4=0, 故当 Q 为 CC1 的中点时,平面 D1BQ∥平面 PAO.
设平面 C1DE 的一个法向量为 n2=(x2,y2,z2),
则nn22··DD→→EC1==00⇒12y2x+2+z2y=2=0 0,∴xz22==--y22y2,
名师微博 利用法向量与平面内两不共线向量垂直求法 向量是本题关键.
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第三章 空间向量与立体几何
取y2=1,则得x2=-2,z2=-1, ∴平面C1DE的一个法向量为n2=(-2,1,- 1).… (7分) ∴n1·n2=1+0-1=0,∴n1⊥n2, ∴平面A1B1F⊥平面C1DE.(8分)
因为F→C1·n1=-2+2=0,所以F→C1⊥n1. 又因为 FC1⊄平面 ADE,所以 FC1∥平面 ADE. (2)∵C→1B1=(2,0,0), 设 n2=(x2,y2,z2)是平面 B1C1F 的一个法向量. 由 n2⊥F→C1,n2⊥C→1B1,得
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第三章 空间向量与立体几何
nn22··CF→→1CB11==22yx2+ 2=z02=0,得xz22==-0 2y2.
-1).(3 分) (1)证明:设平面 A1B1F 的一个法向量为 n1=(x1, y1,z1),
则nn11··AA→→11FB1==00⇒y-1=x10+,y1-12z1=0.
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第三章 空间向量与立体几何
所 以 平 面 A1B1F 的 一 个 法 向 量 为 n1 =
-21,0,1.(5 分)
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第三章 空间向量与立体几何
【解】 设平面 ABC 的法向量为 n=(x,y,z). ∵A(2,1,0),B(0,2,3),C(1,1,3), ∴A→B=(-2,1,3),B→C=(1,-1,0).
则有nn··AB→→BC==00,,即- x-2xy=+0y+. 3z=0,
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第三章 空间向量与立体几何
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第三章 空间向量与立体几何
设平面 AEC1 的一个法向量为 n2=(x,y,z),
则nn22· ·AA→→CE1==00⇒--22xx++212zy=+0z=. 0,
令 z=4,得 x=1,y=-1. ∴n2=(1,-1,4). ∵n1·n2=1×1+1×(-1)+0×4=0, ∴n1⊥n2.∴平面 AEC1⊥平面 AA1C1C.
第三章 空间向量与立体几何
3.2 立体几何中的向量方法
第1课时 空间向量与平行、垂直关系
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第三章 空间向量与立体几何
重点难点 重点:利用空间向量证明线线、 线面、面面垂直与平行. 难点:把线、面问题转化为向量问题.
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第三章 空间向量与立体几何
新知初探思维启动
1.法向量 如图所示,直线l⊥α,取直线l的_方__向__向___量__a_, 则向量a叫做平面α的_法__向__量____,给定一点A 和一个向量a,则过点A,以a为法向量的平面 是完全确定的.
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第三章 空间向量与立体几何
想一想 直线的方向向量和平面的法向量是惟一的 吗? 提示:不惟一.
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第三章 空间向量与立体几何
2.空间中平行关系、垂直关系的向量表示 设直线l,m的方向向量分别为a,b,平面α,β 的法向量分别为u,v,则 线线平行 l∥m⇔a∥b⇔a=kb; 线面平行 l∥α⇔a⊥u⇔a·u=0; 面面平行 α∥β ⇔u∥v⇔u=kv; 线线垂直 l⊥m⇔a⊥b⇔a·b=0; 线面垂直 l⊥α⇔a∥u⇔a=ku; 面面垂直 α⊥β ⇔u⊥v⇔u·v=0.
(1,1,0),
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第三章 空间向量与立体几何
设平面 A1BD 的法向量 n=(x,y,z), 则 n·D→A1=0 且 n·D→B=0, 得xx+ +zy==00,, 取 x=1,得 y=-1,z=-1. ∴n=(1,-1,-1).
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第三章 空间向量与立体几何
∴M→N·n=21,0,12·(1,-1,-1)=0,
变式训练 3. 如图,在直三棱柱ABCA1B1C1中,AB⊥BC ,AB=BC=2,BB1=1,E为BB1的中点,求 证:平面AEC1⊥平面AA1C1C.
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第三章 空间向量与立体几何
证明:由题意得AB,BC,B1B两两垂直, 以B为原点,分别以BA,BC,BB1所在直线 为x,y,z轴,建立如图所示的空间直角坐 标系,则A(2,0,0),A1(2,0,1),C(0, 2,0),C1(0,2,1),
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第三章 空间向量与立体几何
解:以 A 点为原点建立空间直角坐标系,
则 A(0,0,0),D21,0,0,C(1,1,0),S(0,
0,1),
则D→C=21,1,0, D→S=-12,0,1. 易知向量A→D=21,0,0是平面 SAB 的一个法
向量.设 n=(x,y,z)为平面 SDC 的一个法向量,
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第三章 空间向量与立体几何
(1)设 n1=(x1,y1,z1)是平面 ADE 的法向量, 则 n1⊥D→A,n1⊥A→E,
即nn11··DA→ →EA==22yx11+=z01=0,得
x1=0
,令
z1=-2y1
z1=2,则
y1=-1,
所以 n1=(0,-1,2).
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第三章 空间向量与立体几何
证明:法一:如图,以 D 为 原点,DA、DC、DD1 所在直 线分别为 x 轴、y 轴、z 轴建 立空间直角坐标系,设正方体的棱长为 1,则
可求得 M0,1,12、N21,1,1、D(0,0,
0)、A1(1,0,1)、B(1,1,0),
于是M→N=12,0,12,D→A1=(1,0,1),D→B=
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第三章 空间向量与立体几何
(2)设 AP=y,则 P(1,y,0),C→1P=(1,y-1,
-1).
设平面 A1DE 的一个法向量为 n3=(x3,y3,z3),

n3·A→1D=0 n3·D→E=0


-x3-z3=0 12x3+y3=0


z3=-x3 y3=-21x3.
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第三章 空间向量与立体几何
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第三章 空间向量与立体几何
做一做 根据下列各条件,判断相应的直线与直线、 平面与平面的位置关系: (1)直线l1,l2的方向向量分别是a=(1,-3, -1),b=(8,2,2); (2)平面α,β的法向量分别是u=(1,3,0),v= (-3,-9,0).
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第三章 空间向量与立体几何
解得xx= =3y.z, 令 z=1,则 x=y=3. 故平面 ABC 的一个平面法向量为 n=(3,3, 1).
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第三章 空间向量与立体几何
【名师点评】 求平面法向量的方法与步骤: (1)求平面的法向量时,要选取两相交向量,如 A→C、A→B. (2)设平面的法向量为 n=(x,y,z).
解:(1)a·b=1×8+(-3)×2+(-1)×2=0, ∴直线 l1,l2 垂直.
(2)∵u=-13v,∴u∥v,即平面 α,β平行.
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第三章 空间向量与立体几何
典题例证技法归纳
题型探究 求平面的法向量
例1 已知△ABC的三个顶点的坐标分别 为A(2,1,0),B(0,2,3),C(1,1,3),试 求出平面ABC的一个法向量.
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第三章 空间向量与立体几何
备选例题
1.如图,在正方体AC1中,O为底面ABCD 的中心,P是DD1的中点,设Q是CC1上的 点,问:当点Q在什么位置时,平面 D1BQ∥平面PAO?
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第三章 空间向量与立体几何
解:建立如图所示的坐标系,设正方体的棱 长为2,则O(1,1,0),A(2,0,0),P(0,0, 1),B(2,2,0),D1(0,0,2).再设Q(0,2,c),
∴M→N⊥n. 又 MN 不在平面 A1BD 内, ∴MN∥平面 A1BD.
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第三章 空间向量与立体几何


:∵M→N=
C→1N-
C→1M=12
C→1B1-
1→ 2C1C
=12
(D→1A1-D→1D)=12D→A1,∴M→N∥D→A1,
又 MN 不在平面 A1BD 内,
∴MN∥平面 A1BD.
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第三章 空间向量与立体几何
∴O→A=(1,-1,0), O→P=(-1,-1,1), B→Q=(-2,0,c), B→D1=(-2,-2,2). 设平面 PAO 的法向量为 n1=(x,y,z),
则nn11··OO→→AP==00,,⇒x--x-y=y+0,z=0.
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第三章 空间向量与立体几何
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第三章 空间向量与立体几何
利用空间向量证明垂直关系
例3 (本题满分12分)如图,在正方体 ABCD-A1B1C1D1,E、F分别是BC、CC1的 中(1点)求.证:平面A1B1F⊥平面C1DE; (2)在AB上确定一点P,使C1P⊥平面A1DE.
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第三章 空间向量与立体几何
【思路点拨】 (1)证明面面垂直即证它们的 法向量垂直;(2)证C1P⊥平面A1DE,只要证 C1P的方向向量和平面A1DE的法向量平行.
n·A→C=0 (3)联立方程组n·A→B=0并解答.
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第三章 空间向量与立体几何
(4)所求出向量中的三个坐标不是具体的值而 是比例关系,设定某个坐标为常数(常数不能 为0)便可得到平面的法向量.
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第三章 空间向量与立体几何
变式训练 1.如图所示,在四棱锥 S-ABCD 中,底面是直 角梯形,∠ABC=90°,SA⊥底面 ABCD,且 SA=AB=BC=1,AD=12,建立适当的空间直 角坐标系,求平面 SCD 与平面 SBA 的一个法向 量.
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第三章 空间向量与立体几何
【证明】 如图所示建立空间直角坐标系 Dxyz, 则有 D(0,0,0),A(2,0,0),C(0,2,0), C1(0,2,2),E(2,2,1),F(0,0,1),B1(2, 2,2), 所以F→C1=(0,2,1), D→A=(2,0,0),A→E=(0,2,1).
令 x3=2,∴zy33==--21,∴n3=(2,-1,-2).(10 分)
若 C1P⊥平面 A1DE,∴C→1P∥n3,∴C→1P=λn3,
∴(1,y-1,-1)=λ(2,-1,-2),
∴λ=12,y=12,
∴点 P 为 AB 中点时,C1P⊥平面 A1DE.(12 分)
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第三章 空间向量与立体几何
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第三章 空间向量与立体几何
E0,0,12 ,则A→A1 =(0,0,1),A→C=(-2, 2,0),A→C1=(-2,2,1),A→E=-2,0,12.
设平面 AA1C1C 的一个法向量为 n1=(x,y, z),
则nn11· ·AA→→AC1==00⇒z-=20x,+2y=0.
令 x=1,得 y=1,∴n1=(1,1,0).
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第三章 空间向量与立体几何
【解】 如图,建立空间直角坐标系. 设正方体的棱长为 1, 则 A1(1,0,1),B1(1,1,1),
E21,1,0,C1(0,1,1),D(0,0,0), F0,1,12.(1 分)
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第三章 空间向量与立体几何
∴A→1B1=(0,1,0),A→1F=-1,1,-21,D→E= 21,1,0,D→C1=(0,1,1),A→1D=(-1,0,
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第三章 空间向量与立体几何
n·D→C=12x+y=0


n·D→S=-12x+z=0
y=-12x

.
z=12x
取 x=2,则 y=-1,z=1, ∴平面 SDC 的一个法向量为(2,-1,1).
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第三章 空间向量与立体几何
利用空间向量证明平行关系
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; (2)平面ADE∥平面B1C1F.
令 z2=2,得 y2=-1, 所以 n2=(0,-1,2),因为 n1=n2, 所以平面 ADE∥平面 B1C1F.
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第三章 空间向量与立体几何
变式训练 2.如图所示,在正方体ABCD-A1B1C1D1中, M、N分别是C1C、B1C1的中点.求证: MN∥平面A1BD.
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第三章 空间向量与立体几何
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