高三数学空间向量及其坐标运算
- 格式:ppt
- 大小:270.00 KB
- 文档页数:17
高三第一轮复习数学---空间向量的坐标运算一、教学目标::向量的坐标运算和建系意识. 二、教学重点:向量的坐标运算 三、教学过程:(一)主要知识: 1.空间直角坐标在空间选定一点O 和一个单位正交基底{ī,j ,k },以点O 为原点,分别以ī,j ,k 的正方向建立三条坐标轴: x 轴,y 轴,z 轴,使∠xOy=135°(或45°),∠yOz=90°,就建立了一个空间直角坐标系O-xyz 。
点O 叫原点,ī,j ,k 叫坐标向量,一般作右手直角坐标系。
任一点A 对应一个向量OA ,存在唯一的实数组x 、y 、z. =OA x ī+y j+z k . 记为A (x 、y 、z ),叫空间直角坐标系中的坐标。
其中x 叫点A 的横坐标,y 叫点A 的纵坐标,z 叫点A 的竖坐标2.向量的直角坐标运算 (1)设a=(a 1,a 2,a 3),b=(b 1,b 2,b 3)则a+b =( a 1 +b 1 ,a 2 +b 2,a 3+b 3) a-b =( a 1 -b 1 ,a 2 -b 2,a 3-b 3) λa=(λa 1,λa 2,λa 3)(λ∈R ) a·b =a 1b 1+a 2b 2+a 3b 3a ∥b ↔ a 1 =λb 1 ,a 2=λb 2,a 3=λb 3(λ∈R ) a ⊥b ↔ a 1b 1+ a 2b 2 +a 3b 3=0 (2)设A (a 1,a 2,a 3),B (b 1,b 2,b 3)则=-=OA OB AB (b 1,b 2,b 3)-(a 1,a 2,a 3)=( b 1 -a 1 ,b 2-a 2,b 3-a 3)。
即一个向量在直角坐标系中的坐标等于表示这个向量的有向线段的终点的坐标减去起点的坐标。
3.夹角和距离公式设a=(a 1,a 2,a 3),b=(b 1,b 2,b 3)则232221a a a a a a ++=⋅=232221b b b b b b ++=⋅=a·b = a 1b 1+a 2 b 2+a 3b 3 232221232221332211b a b a b a cosbb b a a a ba ++⋅++++=⋅已知),,(111z y x A ,),,(222z y x B 则()()()221221221z z y y x x -+-+-==空间两点间距离公式4.如果表示向量a 的有向线段所在的直线垂直于平面α,则称这个向量垂直于平面α,记为α⊥a 如果α⊥a ,那么向量a 叫做平面α的法向量 5. 设A (a 1,a 2,a 3),B (b 1,b 2,b 3)则AB 中点坐标为)2,2,2(332211b a b a b a +++6.向量位置与立体几何中位置对照:⑴AB//CD CD AB CD AB λ=⇔⇔// ⑵0=⋅⇔⊥CD AB CD AB⑶证A 、B 、C 、D 四点共面可通过证1=++++=+=r q p OD r OC q OB p OA AD y AC x AB 且或⑷AB ==⑸线线角即为两向量的夹角或其补角⑹线面角即为线所在向量与面的法向量的夹角的余角或再减90⑺面面角即为两面的法向量的夹角或其补角 ⑻距离可通过求在法向量上投影的长度得到(二)例题分析:例1(1) 已知直角坐标系内三点A (2,4,1),B (3,7,5),C (4,10,9),判断A 、B 、C 三点是否共线?(2)已知直角坐标系内四点A (2,3,1),B (4,1,-2),C (6,3,7),D (-5,4,8),判断A 、B 、C 、D 四点是否共线?解:(1)),8,6,2(),4,3,1(==AC AB 可见AB AC AB AC 和故,2=共线,即A,B,C 三点共线。
空间向量的坐标和运算一、空间向量的坐标和运算1.空间直角坐标系在单位正方体$oabc$-$d$′$a$′$b$′$c$′中,以$o$点为原点,分别以射线$oa$,$oc$,$od$′的方向为正方向,以线段$oa$,$oc$,$od$′的长为单位长,建立三条数轴:$x$轴、$y$轴、$z$轴。
这时我们说建立了一个空间直角坐标系$oxyz$,其中点$o$叫做坐标原点,$x$轴、$y$轴、$z$轴叫做坐标轴。
通过每两个坐标轴的平面叫做坐标平面,分别称为$xoy$平面、$yoz$平面、$xoz$平面。
2.空间矢量的坐标一个向量在空间直角坐标系中的坐标等于表示向量的有向线段的终点坐标减去起点坐标。
如果$a(x_1,y_1,z_1)$,$B(x_2,y_2,z_2)$,那么$\overrightarrow{AB}=\overrightarrow{ob}-\overrightarrow{OA}$=$(x_2-x_1$,$y_2-y_1$,$z_2-z_1)$。
3、空间向量的坐标运算设置$\boldsymbol(x_1,y_1,z_1)$,$\boldsymbol B(x_2,y_2,z_2)$,然后(1)$\boldsymbola+\boldsymbolb$=$(x_1+x_2,y_1+y_2,z_1+z_2)$。
(2) $\boldsymbola-\boldsymbolb$=$(x_1-x_2,y_1-y_2,z_1-z_2)$(3)$\boldsymbola·\boldsymbolb$=$x_1x_2+y_1y_2+z_1z_2$。
(4) $|\boldsymbola |=\sqrt{x^2_1+y^2_1+z^2_1}$(5)$λ\boldsymbola=(λx_1,λy_1,λz_1)$。
4.平行(共线)和垂直空间向量的充要条件设非零向量$\boldsymbola(x_1,y_1,z_1)$,$\boldsymbolb(x_2,y_2,z_2)$,则$\boldsymbola∥\boldsymbolb\leftrightarrow\frac{x_1}{x_2}=\frac{y_1}{y_2}=\frac{z_1}{z_2}=λ(λ∈\mathbf{r})$$\boldsymbola⊥\boldsymbolb\leftrightarrow\boldsymbola·\boldsymbolb=0\leftrig htarrow$$x_1x_2+y_1y_2+z_1z_2=0$。
空间向量坐标运算空间向量是指在空间中有大小和方向的线段。
空间向量的坐标运算包括向量的加法、减法、数乘和内积。
下面将对这些运算进行详细介绍。
一、向量的加法设空间中有两个向量A和B,它们的坐标分别为(Ax, Ay, Az)和(Bx, By, Bz)。
向量的加法即将两个向量的对应分量相加得到一个新的向量C。
它的坐标为(Ax+Bx, Ay+By, Az+Bz)。
例如,设A = (1, 2, 3)和B = (4, 5, 6),则A+B = (1+4, 2+5, 3+6) = (5, 7, 9)。
二、向量的减法向量的减法是指将一个向量减去另一个向量。
设向量A和B的坐标分别为(Ax, Ay, Az)和(Bx, By, Bz),则向量A减去向量B的坐标为(Ax-Bx, Ay-By, Az-Bz)。
例如,设A = (1, 2, 3)和B = (4, 5, 6),则A-B = (1-4, 2-5, 3-6) = (-3, -3, -3)。
三、向量的数乘向量的数乘是指一个向量乘以一个实数。
设向量A的坐标为(Ax, Ay, Az),实数k,则向量A乘以实数k的坐标为(kAx, kAy, kAz)。
例如,设A = (1, 2, 3),k = 2,则kA = (2*1, 2*2, 2*3) = (2, 4,6)。
四、向量的内积向量的内积又称为点乘,它是两个向量之间的一种运算。
设向量A和B的坐标分别为(Ax, Ay, Az)和(Bx, By, Bz),则向量A与向量B的内积为Ax*Bx + Ay*By + Az*Bz。
例如,设A = (1, 2, 3)和B = (4, 5, 6),则A·B = 1*4 + 2*5 +3*6 = 32。
向量的内积有以下几个性质:1. 交换律:A·B = B·A;2. 分配律:(A+B)·C = A·C + B·C;3. 数乘结合律:(kA)·B = k(A·B) = A·(kB)。
高中数学必修知识点空间向量知识点在高中数学的学习中,空间向量是一个重要的知识点,它为我们解决空间几何问题提供了全新的思路和方法。
接下来,就让我们一起深入了解一下空间向量的相关知识。
一、空间向量的基本概念空间向量是指具有大小和方向的量。
它与平面向量类似,但存在于三维空间中。
一个空间向量可以用有向线段来表示,有向线段的长度表示向量的大小,箭头所指的方向表示向量的方向。
空间向量的坐标表示:在空间直角坐标系中,若向量的起点坐标为\((x_1,y_1,z_1)\),终点坐标为\((x_2,y_2,z_2)\),则该向量的坐标为\((x_2 x_1, y_2 y_1, z_2 z_1)\)。
零向量:长度为\(0\)的向量,其方向任意。
单位向量:长度为\(1\)的向量。
二、空间向量的运算1、加法和减法空间向量的加法和减法运算遵循三角形法则和平行四边形法则。
若\(\overrightarrow{a} =(x_1,y_1,z_1)\),\(\overrightarrow{b} =(x_2,y_2,z_2)\),则\(\overrightarrow{a} +\overrightarrow{b} =(x_1 + x_2, y_1 + y_2, z_1 + z_2)\),\(\overrightarrow{a} \overrightarrow{b} =(x_1 x_2, y_1 y_2, z_1z_2)\)2、数乘运算若\(\lambda\)为实数,\(\overrightarrow{a} =(x,y,z)\),则\(\lambda\overrightarrow{a} =(\lambda x, \lambda y, \lambda z)\)数乘运算的规律:\(\lambda (\overrightarrow{a} +\overrightarrow{b})=\lambda\overrightarrow{a} +\lambda\overrightarrow{b}\)3、数量积空间向量的数量积\(\overrightarrow{a} \cdot \overrightarrow{b} =|\overrightarrow{a}||\overrightarrow{b}|\cos <\overrightarrow{a},\overrightarrow{b}>\)若\(\overrightarrow{a} =(x_1,y_1,z_1)\),\(\overrightarrow{b} =(x_2,y_2,z_2)\),则\(\overrightarrow{a} \cdot \overrightarrow{b} = x_1x_2 + y_1y_2 + z_1z_2\)数量积的性质:\(\overrightarrow{a} \perp \overrightarrow{b} \Leftrightarrow \overrightarrow{a} \cdot \overrightarrow{b} = 0\)\(\overrightarrow{a} \cdot \overrightarrow{a} =|\overrightarrow{a}|^2\)4、向量积空间向量的向量积\(\overrightarrow{a} \times \overrightarrow{b}\)是一个向量,其模长为\(|\overrightarrow{a}||\overrightarrow{b}|\sin <\overrightarrow{a},\overrightarrow{b}>\),方向垂直于\(\overrightarrow{a}\)和\(\overrightarrow{b}\)所确定的平面,遵循右手定则。
空间向量坐标运算空间向量是指具有大小和方向的直线段,在三维空间中通常用坐标表示。
空间向量的坐标运算包括向量的加法、减法、数量乘法、点乘和叉乘等。
下面将详细介绍这些运算。
1. 向量的加法和减法向量的加法和减法是指将两个向量相加或相减得到一个新的向量,其坐标运算规律如下:- 加法:若向量u的坐标为(u1, u2, u3),向量v的坐标为(v1, v2, v3),则向量u和v的和的坐标为(u1+v1, u2+v2, u3+v3);- 减法:若向量u的坐标为(u1, u2, u3),向量v的坐标为(v1, v2, v3),则向量u和v的差的坐标为(u1-v1, u2-v2, u3-v3)。
2. 向量的数量乘法向量的数量乘法是指将一个向量乘以一个实数得到一个新的向量,其坐标运算规律如下:- 数量乘法:若向量u的坐标为(u1, u2, u3),实数k,则向量u 乘以k的坐标为(k*u1, k*u2, k*u3)。
3. 向量的点乘向量的点乘又称为内积,是指将两个向量进行乘法运算得到一个标量(实数),其计算公式如下:- 点乘:若向量u的坐标为(u1, u2, u3),向量v的坐标为(v1, v2, v3),则向量u和v的点乘的结果为u1*v1 + u2*v2 + u3*v3。
4. 向量的叉乘向量的叉乘又称为外积,是指将两个向量进行乘法运算得到一个新的向量,其计算公式如下:- 叉乘:若向量u的坐标为(u1, u2, u3),向量v的坐标为(v1, v2, v3),则向量u和v的叉乘的坐标为((u2*v3 - u3*v2), (u3*v1 -u1*v3), (u1*v2 - u2*v1))。
通过以上的描述可以看出,向量的加法、减法、数量乘法都是按照对应位置进行运算,只要对应坐标进行相加、相减或乘以相同的实数即可。
点乘和叉乘则需要对应坐标进行特定的运算。
需要注意的是,向量的坐标运算不关心向量的起点和终点,只关心向量的大小和方向。
第3讲 空间向量及其运算的坐标表示知识梳理1.空间向量运算的坐标表示若a =(a 1,a 2,a 3),b =(b 1,b 2,b 3),则: (1)a +b =(a 1+b 1,a 2+b 2,a 3+b 3); (2)a -b =(a 1-b 1,a 2-b 2,a 3-b 3); (3)λa =(λa 1,λa 2,λa 3)(λ∈R ); (4)a ·b =a 1b 1+a 2b 2+a 3b 3;(5)a ∥b ⇔a =λb ⇔a 1=λb 1,a 2=λb 2,a 3=λb 3(λ∈R ); (6)a ⊥b ⇔a ·b =0⇔a 1b 1+a 2b 2+a 3b 3=0; (7)|a |=a ·a =a 21+a 22+a 23;(8)cos 〈a ,b 〉=a ·b|a ||b |=a 1b 1+a 2b 2+a 3b 3a 21+a 22+a 23·b 21+b 22+b 23. 2.空间中向量的坐标及两点间的距离公式在空间直角坐标系中,设A (a 1,b 1,c 1),B (a 2,b 2,c 2),则: (1)AB →=(a 2-a 1,b 2-b 1,c 2-c 1); (2)d AB =|AB→|= (a 2-a 1)2+(b 2-b 1)2+(c 2-c 1)2 .考点1 空间直角坐标系【例1-1】(武汉期末)点(1P ,2,3)-关于xOz 平面对称的点的坐标是( ) A .(1,2,3)B .(1,2-,3)-C .(1-,2,3)-D .(1-,2-,3)【变式训练1-1】(河南月考)在空间直角坐标系Oxyz 中,点(1,2-,4)关于y 轴对称的点为( ) A .(1-,2-,4)- B .(1-,2-,4) C .(1,2,4)-D .(1,2,4)考点2 空间向量的坐标运算【例2-1】(钦州期末)已知(1a =,2,1),(2b =,4-,1),则2a b +等于( ) A .(4,2-,0)B .(4,0,3)C .(4-,0,3)D .(4,0,3)-【例2-2】(济南模拟)已知空间三点A (-2,0,2),B (-1,1,2),C (-3,0,4),设a =AB →,b =AC →.(1)求a 与b 夹角的余弦值;(2)若k a +b 与k a -2b 互相垂直,求k 的值; (3)设|c |=3,c ∥BC→,求c .【变式训练2-1】(菏泽期末模拟)已知a =(2,-1,3),b =(0,-1,2).求:(1)a +b ; (2)2a -3b ; (3)a ·b ;(4)(a +b )·(a -b ).【变式训练2-2】(烟台期末)已知A (1,0,0),B (0,-1,1),若OA →+λOB →与OB →(O 为坐标原点)的夹角为120°,则λ的值为( )A.66 B .-66C .±66D .±6考点3 空间两点间的距离【例3-1】(淄博调研)已知△ABC 的三个顶为A (3,3,2),B (4,-3,7),C (0,5,1),则BC 边上的中线长为( )A .2B .3C .4D .5【变式训练3-1】(温州期中)点(1M -,2,3)是空间直角坐标系Oxyz 中的一点,点M 关于x 轴对称的点的坐标为 ,||OM = .A 组-[应知应会]1.(安徽期末)空间直角坐标系中,点(2P ,1-,3)关于点(1M -,2,3)的对称点Q 的坐标为(( ) A .(4,1,1)B .(4-,5,3)C .(4,3-,1)D .(5-,3,4)2.(金牛区校级期中)点(3A ,2,1)关于xOy 平面的对称点为( ) A .(3-,2-,1)- B .(3-,2,1)C .(3,2-,1)D .(3,2,1)-3.(东阳市校级月考)已知点(1A ,2-,3),则点A 关于原点的对称点坐标为( ) A .(1-,2,3)B .(1-,2,3)-C .(2,1-,3)D .(3-,2,1)-4.(茂名期末)已知向量(1,1,2)a =--及(4,2,0)b =-则a b +等于( ) A .(3-,1,2)-B .(5,5,2)-C .(3,1-,2)D .(5-,5-,2)5.(高安市校级期末)已知空间向量()()()1,,1,3,1,,,0,0,,(a x b y c z a b c xyz =-==+=则的值为 ) A .2±B .2-C .2D .06.(丰台区期末)已知(2AB =,3,1),(4AC =,5,3),那么向量(BC = ) A .(2-,2-,2)- B .(2,2,2)C .(6,8,4)D .(8,15,3)7.(多选)(三明期末)如图,在长方体1111ABCD A B C D -中,5AB =,4AD =,13AA =,以直线DA ,DC ,1DD 分别为x 轴、y 轴、z 轴,建立空间直角坐标系,则( )A .点1B 的坐标为(4,5,3)B .点1C 关于点B 对称的点为(5,8,3)- C .点A 关于直线1BD 对称的点为(0,5,3) D .点C 关于平面11ABB A 对称的点为(8,5,0)8.(公安县期末)在空间直角坐标系中,已知两点(5P ,1,)a 与(5Q ,b ,4)关于坐标平面xOy 对称,则a b += .9.(温州期末)在平面直角坐标系中,点(1,2)A -关于x 轴的对称点为(1,2)A '--,那么,在空间直角坐标系中,(1B -,2,3)关于x 轴的对称轴点B '坐标为 ,若点(1C ,1-,2)关于xOy 平面的对称点为点C ',则||B C ''= .10.(浙江期中)空间直角坐标系O xyz -中,点(1M ,1-,1)关于x 轴的对称点坐标是 ;||OM = .11.(兴庆区校级期末)已知(2a =,3-,1),(2b =,0,3),(1c =,0,2),则68a b c +-= . 12.(辽阳期末)已知向量(2,3,1)a =-,(1,2,4)b =-,则a b += .13.(越秀区期末)已知点(1A ,2,0)和向量(3a =,4,12)-,若2AB a =,则点B 的坐标是 . 14.(黄浦区校级月考)已知向量(7,1,5),(3,4,7)a b =-=-,则||a b +=15.(青铜峡市校级月考)已知点A ,B 关于点(1P ,2,3)的对称点分别为A ',B ',若(1A -,3,3)-,(3A B ''=,1,5),求点B 的坐标.16.(福建期中)已知空间三点(1A -,2,1),(0B ,1,2)-,(3C -,0,2) (1)求向量AB AC 与的夹角的余弦值,(2)若向量3AB AC AB k AC -+与向量垂直,求实数k 的值.17.(扶余县校级月考)(Ⅰ)设向量(3a =,5,4)-,(2b =,0,3),(0c =,0,2),求:()a b c -+、68a b c +-. (Ⅱ)已知点(1A ,2-,0)和向量(1a =-,2,3)求点B 坐标,使向量AB 与a 同向,且.1.(襄阳期中)已知向量a ,b ,c 是空间的一个单位正交基底,向量a b +,a b -,c 是空间的另一个基底,若向量p 在基底a ,b ,c 下的坐标为(3,2,1),则它在a b +,a b -,c 下的坐标为( )A .15(,,1)22B .51(,1,)22C .15(1,,)22D .51(,,1)222. (安庆质检)已知空间三点A (0,2,3),B (-2,1,6),C (1,-1,5).(1)若AP →∥BC →,且|AP →|=214,求点P 的坐标; (2)求以AB →,AC →为邻边的平行四边形的面积.。
1.3 空间向量及其坐标的运算1.空间向量的坐标表示(1)设e1,e2,e3为有公共起点O的三个两两垂直的单位向量(我们称它们为单位正交基底),以e1,e2,e3的公共起点O为原点,分别以e1,e2,e3的方向为x轴、y轴、z轴的正方向建立空间直角坐标系Oxyz,那么对于空间任意一个向量p,一定可以把它平移,使它的起点与原点O重合,得到向量OP=p,由空间向量基本定理可知,存在有序实数组{x,y,z},使得p=xe1+ye2+ze3,我们把x,y,z称作向量p在单位正交基底e1,e2,e3下的坐标,记作p=(x,y,z),此时向量p的坐标恰是点P在空间直角坐标系Oxyz 中的坐标(x,y,z).(2)向量p的坐标是把向量p的起点平移到坐标原点O,则OP的终点P的坐标就是向量p的坐标,这样就把空间向量坐标化了.2.空间向量的坐标运算3.(1)空间向量a,b,其坐标形式为:a=(a1,a2,a3),b=(b1,b2,b3),则a+b=(a1+b1,a2+b2,a3+b3),a-b=(a1-b1,a2-b2,a3-b3),λa=(λa1,λa2,λa3),a·b=a1b1+a2b2+a3b3.(2)a·a=|a|2=222 123 a a a++.3.空间向量的平行、垂直及模、夹角设a=(a1,a2,a3),b=(b1,b2,b3),则【题型精讲】考点一坐标的运算【例1】(1)(2020·宜昌天问教育集团高二期末)设,x y R∈,向量(,1,1),b(1,,1),c(2,4,2)a x y===-,,ca c b⊥,则||a b+=()A.B C.3D.4(2)(2020·宜昌天问教育集团高二期末)已知空间向量()1,0,1a =,()1,1,b n =,3a b ⋅=则向量a 与bλ(0λ≠)的夹角为( )A .6πB .6π或56πC .3πD .3π或23π 【玩转跟踪】1.(2020·全国高二课时练习)下列向量中与向量()010a =,,平行的向量是( )A .()100b =,, B .()010c =-,,C .()111d =--,,D .()001e =-,,2.(2020·全国高二课时练习)已知向量()1,0,1a =,()2,0,2b =-,若()()2ka b a kb +⋅+=,则k 的值等于( )A .1B .35C .25D .153.(2020·广西北流市实验中学高一期中)在空间直角坐标系O ﹣xyz 中,点A (2,﹣1,3)关于yOz 平面对称的点的坐标是( )A .(2,1,3)B .(﹣2,﹣1,3)C .(2,1,﹣3)D .(2,﹣1,﹣3)4.(2020·全国高二课时练习)已知(1,1,2),(6,21,2)a b m λλ=+=-.(1)若//a b ,分别求λ与m 的值;(2)若||5a =,且与(2,2,)c λλ=--垂直,求a .考点二 坐标运算在几何中的运用【例2】(2020·全国高二课时练习)如图,在直三棱柱ABC -A1B1C1中,CA=CB=1,∠BCA=90°,棱AA1=2,M ,N 分别是AA1,CB1的中点.(1)求BM ,BN 的长. (2)求△BMN 的面积.【玩转跟踪】1.(2020·天水市第一中学高二月考(理))如图,在空间直角坐标系中有直三棱柱111ABC A B C -,2CA CB=,13CC CB=,则直线1BC 与直线1AB 夹角的余弦值为( ).A. B.C. D .2352.(2020·全国高二课时练习) 在直三棱柱ABOA1B1 O1中,∠AOB =π2 ,AO =4,BO =2,AA1=4,D 为A1B1的中点,在如图所示的空间直角坐标系中,求1,DO A B 的坐标.考点三 最值问题【例3】(2020·全国高二课时练习)已知点()1,1,A t t t --,()2,,B t t ,则A ,B 两点的距离的最小值为( )B. C.D .35【玩转跟踪】1.(2020·江西高安中学高一期中(理))已知()1,2,3OA =,()2,1,2OB =,()1,1,2OP =,点Q 在直线OP上运动,则当QA QB ⋅取得最小值时,点Q 的坐标为( )A .241,,33⎛⎫⎪⎝⎭B .448,,333⎛⎫ ⎪⎝⎭C .58,1,33⎛⎫ ⎪⎝⎭ D .258,,333⎛⎫ ⎪⎝⎭2.已知点(1,2,3)A ,(2,1,2)B ,(1,1,2)P ,(0,0,0)O ,点Q 在直线OP 上运动,当QA QB ⋅取得最小值时,点Q 的坐标为________________.。