高等数学空间解析几何练习
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第五章向量代数与空间解析几何5。
1。
1 向量的概念例1 在平行四边形中,设=a,=b.试用a和b表示向量、、和,这里是平行四边形对角线的交点(图5-8)解由于平行四边形的对角线互相平行,所以a+b==2即-(a+b)=2于是=(a+b)。
因为=-,所以(a+b)。
图5-8又因-a+b==2,所以=(b-a).由于=-,=(a-b).例2 设液体流过平面S上面积为A的一个区域,液体在这区域上各点处的速度均为(常向量)v.设n为垂直于S的单位向量(图5-11(a)),计算单位时间内经过这区域流向n 所指向一侧的液体的质量P(液体得密度为)。
(a)(b)图5-11解该斜柱体的斜高|v |,斜高与地面垂线的夹角为v与n的夹角,所以这柱体的高为|v|cos,体积为A|v|cos=A v·n。
从而,单位时间内经过这区域流向n所指向一侧的液体的质量为P= A v·n.例3 设的三条边分别是a、b、c(图5-15),试用向量运算证明正弦定理证明注意到CB=CA+AB,故有CBCA=(CA+AB) CA=CACA+ABCA=ABCA=AB(CB+BA) =ABCB图5-15于是得到CBCA=ABCA =ABCB从而 |CBCA|=|ABCA| =|ABCB|即ab sin C=cb sin A=ca sin B所以5。
2 点的坐标与向量的坐标例1 已知点A(4,1,7)、B(-3,5,0),在y轴上求一点M,使得|MA|=|MB|。
解因为点在y轴上,故设其坐标为,则由两点间的距离公式,有解得,故所求点为例2 求证以三点为顶点的三角形是一个等腰三角形.解因为所以,即△为等腰三角形。
5.2。
2 向量运算的坐标表示例3 设有点,,求向量的坐标表示式.解由于,而,,于是即例4 已知两点A(4,0,5)和B(7,1,3),求与方向相同的单位向量e。
解因为=–=(7,1,3)-(4,0,5)=(3,1,–2),所以=,于是 e.例5 求解以向量为未知元的线性方程组其中a=(2,1,2),b=(—1,1,-2).解解此方程组得x=2a–3b , y =3a–5b以a,b代入,即得x=2(2,1,2)–3(–1,1,–2)=(7,–1,10)y=3(2,1,2)–5(–1,1,–2)=(11,–2,16)。
习题7.41. 判断下列四点是否共面:(1) (1,0,1),(2,4,6),(3,1,2),(6,2,8)A B C D -;(2) (1,2,1),(2,2,3),(1,1,2),(4,5,6)A B C D --.2. 设≠0a ,(1) 若⋅=⋅a b a c , 则是否必有=b c ?(2) 若⨯=⨯a b a c , 则是否必有=b c ?(3) 若⋅=⋅a b a c ,且⨯=⨯a b a c , 则是否必有=b c ?3. 指出下列平面对于坐标轴或坐标面的相对位置:(1) 3210x y -+=; (2) 250x +=; (3) 0x y -=; (4)0Ax Cz +=.4. 求满足下列条件的平面方程:(1) 过点0(1,2,3)M -, 法向量为(2,1,5)=--n ;(2) 在x 轴,y 轴和z 轴上的截距分别为2,3,1-;(3) 过点(5,7,4)-且在x y z 、、轴上截距相等;(4) 过点(3,6,2)P -,且垂直于OP (O 为原点);(5) 过点1(2,1,3)M -,2(5,1,4)M -和3(2,2,4)M -;(6) 过Ox 轴和点(4,3,1)--;(7) 平行于Oy 轴,且通过点(1,5,1)-和(3,2,2)-;(8) 平行于xOz 平面,且通过点(3,2,7)-;(9) 过点(1,3,2)-,且平行于平面520x y z +--=;(10) 过两点(8,3,1),(4,7,2)-,且垂直于平面35210x y z +--=;(11) 平行于平面2250x y z +++=而与三坐标面所构成的四面体的体积为15. 指出下列直线的位置性态:(1) 123102x y z -++==- (2)113100x y z +-+==; (3) 6,5,3x t y t z t =-==-;(4) 12,23,0x t y t z =-=-+=. 6. 求满足下列条件的直线的对称式方程,并将其中(1)~(4)化为参数方程和一般式方程:(1) 过点0(1,2,3)M , 方向向量为(2,1,1)=-s ;(2) 过点0(1,2,0)M -, 方向向量为3-s =i k ;(3) 过点(2,3,8)-,且平行于y 轴;(4) 过点(2,3,8)-,且平行于直线243325x y z --+==-; (5) 过点(1,3,2)-,且垂直于平面520x y z +--=;(6) 过点1(1,2,3)M ,2(2,2,7)M -;(7) 过点(1,3,2)-,且与z 轴垂直相交;(8) 过点(1,2,1)-,且平行于直线210210x y z x y z +--=⎧⎨+-+=⎩(9) 垂直于三点1(1,2,3)M ,2(2,2,7)M -和3(0,1,5)M 所在平面,且过点1M ;(10) 过点(3,4,4)-,且与坐标轴夹角分别为π3,π4,2π3的直线方程.7. 求平面4210x y z -+-=与三个坐标面的交线方程.8. 将下列直线方程化为标准式方程:(1)240,3290;x y z x y z -+=⎧⎨--+=⎩ (2)35,28.x z y z =-⎧⎨=-⎩9. (1) 求点(1,3,2)-到平面32610x y z +--=的距离;(2) 求两平行平面326350,326560x y z x y z +--=+--=间的距离;(3) 求平行于平面221x y z +-=且与其距离为2的平面;(4) 证明:两平行平面120,0Ax By Cz D Ax By Cz D +++=+++=之间的距离是d =10. 求下面各组平面的夹角, 并判断它们是否平行或垂直?(1) 1x z +=,1y z -=;(2) 86210x y z --+-=,430x y z +-=;(3) 26310x y z -+-=,3450x y z --+=;(4) 236120x y z -+-=,2270x y z ++-=.11. 求下面各组直线的夹角,并判断它们是否平行?相交?或异面?在相交情况下求出它们的交点:(1) 1451:243x y z L -+-==-,221:132x y z L -+==; (2) 111:214x y z L --==,222:123x y z L ++==; (3) 1:6,19,3L x t y t z t =-=+=-,2:12,43,L x s y s z s =+=-=;(4) 1:1,2,3L x t y t z t =+=-=,2:2,12,4L x s y s z s =-=+=+.12. 求下面各组直线与平面的夹角,并判断它们是否平行?垂直?相交?在相交情况下求出它们的交点:(1) 34:273x y z L ++==--, :42230x y z ∏---=; (2) :327x y z L ==-, :32731x y z ∏-+=; (3) 223:314x y z L -+-==-, :3x y z ∏++=; (4) 221:312x y z L +-+==,:23380x y z ∏++-=. 13. (1) 求过点(3,2,1)--且垂直于直线11413x y z -+==-的平面; (2) 求点(1,0,1)-到直线51132x y z --==-的距离;(3) 求点(2,3,1)在直线722123x y z +++==上的投影. (4) 求点(3,1,1)--在平面23300x y z ++-=上的投影.14. 证明两直线11112x y z +-==和12134x y z +-==是异面直线,并求它们之间的距离,公垂线方程,及公垂线与两直线的交点.15. 求直线1010x y z x y z +--=⎧⎨-++=⎩在平面0x y z ++=上的投影直线方程. 16. 求过两平面0,20x y z x y z +-=++=的交线l 的两个互相垂直的平面,其中一个平面过点(0,1,1)A -.17. 求满足下列条件的平面方程:(1) 过点(3,2,1)--和直线31212x y z --==. (2) 过点(1,2,3)--,且和两直线25346x y z --==-及21122x y z +-==平行; (3) 过两平行直线31212x y z --==,11212x y z +-==; (4) 包含直线10230x z y z --=⎧⎨+-=⎩且与平面21x y z +-=垂直; (5) 过Ox 轴,且与平面y x =成π3的角度; (6) 过两平面50,40x y z x z ++=-+=的交线,且与平面48120x y z --+=的夹角为π4. 18. 求满足下列条件的直线方程:(1) 在平面1x y z ++=上, 且与直线1,1y z ==-垂直相交;(2) 过点(1,0,4)-,且平行于平面34100x y z -+-=,又与直线13312x y z +-==相交; (3) 过点(1,2,1),且与直线2x y z ==-相交,又垂直于直线11321x y z -+==; 19. 一动点与两定点(2,2,1),(1,3,4)等距离,求此动点轨迹的方程.。
高等数学( B )—向量代数与空间解析几何练习题及解答1、 已知 M 11,2,3 , M 2 0,1, 2 ,M 1M 2 的坐标式? M 1M 2 ?与 M 1M 2 平行的单位向量?方向余弦?[解]:1) M 1M 20 1,1 2, 2 31,1,5M 1M 2 21 222)1 5 273) cosx 2 x 1 1,cosy 2 y 1 1,cosz 2 z 1 5M 1M 227 M 1M 227M 1M 2274)与 M 1M 2 平行的单位向量为:cos ,cos ,cos1 , 1 , 5 。
272727x 1y z 1 x y 1z 2 2、 设直线n4与直线1平行,求 n,m 。
2m3[解 ] : s 12,n,4 , s 2 m,1,3 ,因为两直线平行,r m 1 n 1 p 1 2 n 4 4 3 所以 l 1 / /l 2s 1 / / s 2s 1s 2。
m 2n 2 p 2n, m2m 1 333Ax y 2z 1 与平面: 3x y z3垂直,求 A 。
、 已知平面:[解 ] : n 1A,1, 2 , n 2 3, 1,1 ,因为两平面垂直,所以12n 1 n 2 n 1 n 2 0 A 1 A 2 B 1B 2 C 1C 2 0 A 3 1 1 210 A14、 已知平面x 1 y z 1 : x By 3z 1 0 与直线4垂直,求 B , m 。
m6[ 解 ]: n 1,B, 3 , s m,4,6 ,因为垂直,所以有n/ / s n s 0m4 6 。
1BB2, m 235、 求由 a 1,2,3 , b 1,2,4 为邻边组成的平行四边形的面积。
[ 解] :由两向量叉积的几何意义知:以a ,b 为邻边组成的平行四边行的面积S a bi j k86, 43,222,7,4a b 123,因为124故 S a b22269 。
7426、求以A x1, y1, z1, B x2, y2, z2, C x3 , y3, z3为顶点的三角形面积。
习题5・31•指出下列平面位置的特点:(1)5x - 3z +1 = 0(2)x + 2y - 7z = 0(3)y + 5 = 0(4)2),- 9z = 0(5)x-y-5 = 0(6)x = 0. 解⑴平行于屛由.⑵过原点.⑶平行于平面.⑷ 过兀轴.(5)平行于z轴•⑹0〃平面.2.求下列各平面的方程:⑴平行于y轴且通过点(1,-5,1)和(3,2,-2);(2)平行于O私平面且通过点(5,2,-8);(3)垂直于平面兀-4y + 5z = 1且通过点(-2,7,3)及(0,0,0);⑷垂直于Oyz平面且通过点(5,-4,3)及(-2,1,8).1j k解⑴—(0 ,l,0),* = (2,7,-3),n= 0 1 0 =(-3,0,-2).27-3_3O_1)_2(Z_1)=0,3JC +2Z_5=0.⑵y = 2.i j k(3)a = (1,-4,5), 6 = (-2,7,3),n = 1 -4 5 = (-47,-13,-1).-2 7 347x+13y+ 1 = 0.i j k(4)“ = (1,0,0),〃 = (-7,5,5),〃= 1 0 0 =(0,-5,5) = 5(0, -1,1).-7 5 5_(y + 4) + (z_3) = 0,y_z + 7 = 0.3.求通过点A(2,4,8), B(-3,1,5)及C(6,—2,7)的平面方程.解 a = (一5, —3,—3),〃 = (4,-6,-1).i j kn= -5 -3 -3 =(-15,-17,42),4 -6 -1一15(兀一2) —17(y — 4) + 42(z — 8) = 0,15x + 17y —42z + 238 = 0.4.设一平而在各坐标轴上的截距都不等于零并相等,且过点(5, -7, 4),求此平而的方程.解—+ —+ — = 1, —H—+ — = l,a = 2, x + y + z — 2 = 0.a, a a a a a5已知两点4(2,-1,-2)及〃(8,7,5),求过B且与线段AB垂直的平面.解〃 =(6, & 7).6(x-8) + 8(y-7) + 7(z-5) = 0,6x + 8y + 7z-139 = 0.6.求过点(2,0, -3)且与2兀-2y + 4z + 7 = 0,3x+y-2z + 5二0垂直的平面方程.i j k解 n= 2 -24 =(0,16,8) = 8(0,2,l).2y + (z + 3) = 0,y + z + 3 = 0. 3 1 -27.求通过兀轴且与平面9兀-4y-2z + 3 = 0垂直的平面方程. 解 By + Cz=0,—4B —2C = 0,取B = 1,C = —2,y —2z = 0.8•求通过直纟划:{;;工:二5地:仁鳥平行的平面方程. i j ki j k 解a = 1 0 2 = (-6,1,3), 6 = 1 -1 0= (1,1,1), 0 3-10 1 -1 i j kn - -6 13 =(-2,9,-7).用z ()= 0代入厶的方程,得x° =4,>\} =-8/3.1 1 1 -2(x-4) + 9(^ + 8/3)-7(z) = 0,-2x + 9y-7z + 32 = 0.x = 3r + 89.求直线厶:* +彳=•' +1 = __与直线/ :< y = f + l 的交点坐标,3 24 _ 小, z = + 6并求通过此两直线的平面方程.解求两条直线交点坐标:3r + 8 + 3 / + 1 + 1 2/ + 6 —2 \\ t t A 163 24 3 2 23 i j kn= 3 2 4 = (0,6, -3) = 3(0,2, -l).2(y +1) - (z - 2) = 0,2y - z + 4 = 0.3 1 2 10•求通过两直线厶=^ = 凹和厶:土 = □=三的平面方程. 1 2 -1 1 -4 2 -2i j k解 两直线平行•平面过点(1,-1,-1)和(-2,2,0).川=2 — 1 1 = (—4,—5,3).-33 1一4(兀一 l)-5(y + l) + 3(z + l) = 0,-4x — 5y + 3z + 2 = 0.11证明两直线厶:口和是异面直线*-121 - 0 1 -2证首先,两直线的方向向量(-1,2,1)和(0,1,-2)不平行.x 二 _2l 2< y 二1+t —―二匕〜 力+ 3J = 5』= 0,矛盾.故两直线无公共点.-1 2 1 X Q = 一& 儿=一一牛交点(一8占弓)两-直线不平行,又无交点,故是异面直线. 12.将下列直线方程化为标准方程及参数方程:[2x+y-z + l = 0 [x-3z + 5 = 0(1* ⑵彳[3x - y + 2z - 8 = 0; [y - 2z + 8 = 0.i j k解(1)〃= 2 1 -1 =(1,-7,-5).3-12V — 7 + 1 = 0⑴中令兀0=0,{ 解Z得儿=6,Zo=7・-y+ 2z-8 = 0;标准方程—q・1 -7 -5x = t参数方程:< y = 6-lt,-oo <t < +oo.z = l-5ti j k(2)(1加=1 0 -3 =(3,2,1).0 1 -2⑵中令z° = 0,直接得x° = -5, y Q = -8.标准方程出二凹二工3 2 1x ——5 + 3t参数方程:* >' = -8 + 2r,-co<t < +oo.z = t13•求通过点(32-5)及乂轴的平面与平面3x-y-7z + 9 = 0的交线方程・ ■I j k解地第一个平面的法向量〃二1 0 0 =(0,5,2), 3 2 -5平面方程5y + 2z = 0.直线方程严+ 2*°[3 兀-y-7z + 9 = 0.i j k直线的方向向量a =0 5 2 =(一336-15) = 3(-112-5)・3 -1 -7直线方程:r 匕14 •当D 为何值时,直线产? £弓与0z 轴相交?[x + 4y-z + D = 0解直线F :y + 2z-6弓与Oz 轴相交O 存在(0,0,勺)在此直线上,[x + 4y-z + £> = 0f2z o -6 = O <=> < u> £> =知=3. Ho+o=o15.试求通过直线人:£一2":弓并与直线Z. = 2平行的平面方程.[3y — z + 8 = 0 *•匕 _y + 6 = 0i J k解厶的方向向&a = 1 0 -2 =(6丄3).0 3-1i J 平面的法向量/i =6 1 1 1 Q 在的方程中令z ()二0得X 。
空间解析几何与矢量代数小练习一填空题 5 ’x9=45 分1、平行于向量a(6,7, 6) 的单位向量为______________.2、设已知两点M1( 4, 2 ,1)和 M 2 (3,0,2) ,计算向量M1M2的模_________________,方向余弦 _________________和方向角 _________________3、以点 (1,3,-2) 为球心,且通过坐标原点的球面方程为__________________.4、方程x2 y 2 z 2 2x 4 y 2z 0 表示______________曲面.5、方程x2 y2 z 表示______________曲面.6、x2 y2 z2 表示 ______________曲面 .7、在空间解析几何中y x2 表示 ______________图形 .二计算题11 ’x5=55 分1、求过点 (3,0,-1)且与平面3x-7y+5z-12=0平行的平面方程.2、求平行于x 轴且过两点 (4,0,-2)和(5,1,7)的平面方程.3、求过点 (1,2,3) 且平行于直线xy 3z 1的直线方程 .2 1 54、求过点 (2,0,-3)x 2 y 4z 7 0且与直线5 y 2z 1垂直的平面方3x 05、已知:OA i 3k ,OB j 3k ,求OAB 的面积。
1参考答案一 填空题1、6 ,7 ,611 11 112、 M 1 M 2 =2, cos1,cos2,cos1 ,2 ,3 ,2223433、 ( x 1) 2( y3) 2 ( z2) 2144、以 (1,-2,-1) 为球心 , 半径为6 的球面5、旋转抛物面6、 圆锥面7、 抛物柱面二 计算题1、 3x 7y 5 z 4 0 2 、 9 y z 2 0 3、x 1y 2 z34、 16x 14y 11z 65 02155 S1OA OB 19222。
[专升本类试卷]专升本高等数学二(向量代数与空间解析几何)模拟试卷2一、选择题1 设a、b为两个非零向量,λ为非零常数,若向量a+λb垂直于向量b,则λ等于( )(A)(B)(C)1(D)a.b2 设有单位向量a0,它同时与b=3i+j+4k,c=i+k垂直,则a0为 ( )(A)(B)i+j—k(C)(D)i-j+k3 在空间直角坐标系中,若向量a与Ox轴和Oz轴的正向夹角分别为45°和60°,则向量a与Oy轴正向夹角为 ( )(A)30°(B)45°(C)60°(D)60°或120°4 若两个非零向量a与b满足|a+b|=|a|+|b|,则 ( ) (A)a与b平行(B)a与b垂直(C)a与b平行且同向(D)a与b平行且反向5 直线 ( )(A)过原点且与y轴垂直(B)不过原点但与y轴垂直(C)过原点且与y轴平行(D)不过原点但与y轴平行6 平面2x+3y+4z+4=0与平面2x-3y+4z-4=0的位置关系是 ( ) (A)相交且垂直(B)相交但不重合,不垂直(C)平行(D)重合7 已知三平面的方程分别为π1:x-5y+2z+1=0,π2:3x-2y+3z+1=0,π3:4x+2y+3z-9=0,则必有 ( )(A)π1与π2平行(B)π1与π2垂直(C)π2与π3平行(D)π1与π3垂直8 平面π1:x-4y+z-2=0和平面π2:2x-2y-z-5=0的夹角为 ( )9 设球面方程为(x-1)2+(y+2)2+(z-3)2=4,则该球的球心坐标与半径分别为 ( ) (A)(一1,2,一3),2(B)(一1,2,一3),4(C)(1,一2,3),2(D)(1,一2,3),410 方程一=z在空间解析几何中表示 ( )(A)双曲抛物面(B)双叶双曲面(C)单叶双曲面(D)旋转抛物面11 方程(z-a)2=x2+y2表示 ( )(A)xOz面内曲线(z-a)2=x2绕y轴旋转而成(B)xOz面内直线z-a=x绕z轴旋转而成(C)yOz面内直线z-a=y绕y轴旋转而成(D)yOz面内曲线(z-a)2=y2绕x轴旋转而成12 下列方程在空间直角坐标系中所表示的图形为柱面的是 ( ) (A)=y2(B)z2—1=(C)(D)x2+y2一2x=0二、填空题13 向量a=3i+4j-k的模|a|=________.14 在空间直角坐标系中,以点A(0,一4,1),B(一1,一3,1),C(2,一4,0)为顶点的△ABC的面积为________.15 (a×b)2+(a.b)2=________.16 过点P(4,1,一1)且与点P和原点的连线垂直的平面方程为_________.17 通过Oz轴,且与已知平面π:2x+y一-7=0垂直的平面方程为________.18 直线=z与平面x+2y+2z=5的交点坐标是________.19 点P(3,7,5)关于平面π:2x一6y+3z+42=0对称的点P'的坐标为________.20 求垂直于向量a={2,2,1}与b={4,5,3}的单位向量.21 若|a|=3,|b|=4,且向量a、b垂直,求|(a+b)×(a一b)|.22 设平面π通过点M(2,3,一5),且与已知平面x—y+z=1垂直,又与直线平行,求平面π的方程.23 求过点A(-1,0,4)且平行于平面π:3x一4y+z-10=0,又与直线L0:相交的直线方程.24 求直线与平面x—y+z=0的夹角.25 求过点(2,1,1),平行于直线且垂直于平面x+2y一3z+5=0的平面方程.26 求点(一1,2,0)在平面x+2y-z+1=0的投影点坐标.27 求直线L:绕z轴旋转所得旋转曲面的方程.。
曲西方程;F (xj,z )=O空同解祈/L 何一・曲面方程的概念定义:如果曲面s 与三元方程F (x,j,z) = O 满足:(1)曲面s 上任一点的坐标都满足方程F (xj^z) =O(2)不在曲面S 上的点的坐标都不满足方程.二、平面及其方程例1设有点A (1,2,3)与B (2,-1,4),求与线段AB垂直平分的平面方程・所求平面就是与A和B等距离的动点的轨迹设平面上任一点为A/(x,j,z)AM\ = \MnI (X・ 1)2 + (y ・ 2)2 + (z - 3)2 = V(x-2y+6 + iy +(z-4)2化简得2x-6j + 2z-7 = 0 —所求平面方程Ax + By+ Cz + D = O平面的一般方程■特殊半廁XOYlfri z = 0YOZ 而x =()zox 而y=o适合下列条件的平面方程Ax + B\+Cz^D = 0仃什么特征?I.过原点0 = 02•平行于他标轴 3 •包含坐标轴平行于X4 = 0包含X4 = 0Q = 0v/? = o>^B = 0 D = 02C = 0zC = 0Q = ()4•平行于坐标平面平行于XOY面4=0 B=Q zox®4=0C=0YOZifii B = 0 C = 04例2作Z-2的图形.三、球面及其方程例3建立球心在点Mo (myo, z…)半径为R的球而的方程.设是球面上的任一点\M A M = RJ (X-Xo) 2 + Cv-几)'+ (z・zj 承(尤-X J+ (y - y 0 y+ (z - z J=j 11+ZH OXZ ——HA THP GWOZZ XHXZ(o n )吕舍sHJ+X•I \7 卜 乙——K \—/ 丟逗迂膜低丫OHd +Xz IJ+ wZ = JQ■宀b上半部例5求与原点O及M❶(2,3,4)的距离之比为1:2 点的全体所组成的曲面方程•解设M (兀jsz)是曲面上任一点根据题意有-=1恨俯惣恵月IMMJ 2J(X・2), + (y - 3)2 +(Z - 4), 2所求方程为卜+I卜0+1)并+寻」四•旋转曲面定义以一条平曲线纟翹平面上的一条直线旋黔一周所成的曲面称为旋转曲面.这条定直线叫旋转曲面的轴.旋转面的方程曲线C卩(”Z)=0lx = 0曲线C〔八”乙)二。
第八章 空间解析几何与向量代数(6学时)§8.1 向 量 及 其 线 性 运 算一、补充例题例1 已知向量)1,5,3(-=a ,)3,2,2(=b ,)3,1,4(--c,求c b a 432+-。
例2 在yOz 面上,求与三点)2,1,3(A 、)2,2,4(--B 和)1,5,0(C 等距离的点。
例3 已知两点)1,3,2(-A 和)0,2,1(-B ,求与方向相同的单位向量e。
例4 已知两点)2,1,1(-A 和)3,1,0(B ,计算向量的模、方向余弦和方向角。
例5 一向量的终点在点)7,1,2(-B ,它在x 轴、y 轴和z 轴上的投影依次为4,4-和7。
求这向量的起点A 的坐标。
二、练习1312-p 习题8-1 4,5,15,17§8.2 向量的数量积与向量积一、补充例题例1 已知j i a += ,k i b += ,求b a ⋅,∧),(cos b a 及a j bPr 。
例2 已知四点)1,2,2(A 、)2,1,0(B 、)1,1,1(C 、)2,3,3(D ,求AB j CDPr ,∧),(cos 。
例3 记)0,1,3(-=a,)1,2,1(-=b,求b a⨯。
例4 已知ABC ∆的三个顶点为)2,0,3(A ,)1,3,5(B ,)3,1,0(-C ,(1)求垂直于这个三角形所在平面的单位向量;(2)求ABC ∆的面积。
解 (1)因为a ⨯= 垂直于向量与,所以a是一个垂直于三角形ABC 所在平面的向量。
而)1,3,2(-=,)1,1,3(--=,所以k j i kj i a72113132++=---=⨯=。
63712222=++=a ,)7,1,2(631=a e。
所以垂直于三角形ABC 所在平面的单位向量为)7,1,2(631±。
(2)因为ABC ∆的面积S 是以AB ,AC 为邻边的平行四边形面积的一半,所以6237122121222=++===a S 。
向量代数与空间解析几何
第一部分 向量代数___线性运算
[内容要点]:
1. 向量的概念.
2. 向量的线性运算.
3. 向量的坐标,利用坐标作向量的线性运算.
[本部分习题]
1. 指出下列各点所在的坐标轴、坐标面或哪个卦限.
(2,3,5);(0,4,3);(0,3,0)A B C ---
2. 求点(1,3,2)--关于点(1,2,1)-的对称点坐标.
3. 求点(4,3,5)M --到各坐标轴的距离.
4. 一向量的起点为(1,4,2)A -,终点为(1,5,0)B -,求AB →在x 轴、y 轴、z 轴上的投影,并求||AB →。
5. 已知两点1M 和2(3,0,2)M ,计算向量12M M −−→的模、方向余弦和方向角.
6. 已知{3,5,4},{6,1,2},{0,3,4},a b c →→→==-=--求234a b c →→→-+及其单位向量.
7.设358,247,54,a i j k b i j k c i j k →→→→→→→→→→→→=++=--=--求向量43l a b c →→→→
=+-在x 轴上的投影以及在y 轴上的分向量.
第二部分 向量代数___向量的“积”
[内容要点]:
1.向量的数量积、向量积的概念、坐标表示式及其运算
规律。
2.向量的混合积的概念、坐标表示式及其几何意义。
3.向量垂直、平行、共面的条件.
[本部分习题]
1. 设{3,1,2},{1,2,1},a b →→=--=-求:
(1);(2);(3)cos(,);(4)Pr ;(5)Pr .a b a b a b a b j b j a →→→→→→→→⋅⨯
2. 设{2,3,1},{1,1,3},{1,2,0},a b c →→→=-=-=-求:
(1)();(2)();(3)();a b c a b c a b c →→→→→→→→→⨯⋅⨯⨯⨯⨯
3. 112233a b a b a b ≥++ 其中,(1,2,3)i i a b i =均为实数,并指出等号成立的条件.
4.设{3,5,2},{2,1,9},a b →→=-=试求λ的值,使得:
(1)a b λ→→+与z 轴垂直;
(2)a b λ→→+与a →垂直,并证明此时||a b λ→→+取最大值。
5.已知||3,||36,||72,a b a b →→→→==⨯=求a b →→
⋅。
6. 判断向量,,a b c →→→是否共面。
(1){3,2,5},{1,1,2},{9,7,16};a b c →→→
===-
(2){1,2,3},{3,3,1},{1,7,5};a b c →→→=-==-
(3){1,1,2},{2,4,5},{3,9,8};a b c →→→=-== 第三部分 空间解析几何
[内容要点]:
1. 平面方程和直线方程,平面与直线的位置关系。
2. 空间曲线及其方程和在坐标平面上的投影及其方程。
3. 曲面方程的概念,旋转曲面、柱面、二次曲面的方程及其图形。
[本部分习题]
1. 求满足下列条件的平面方程:
(1) 过点A (1,-2,3)且与向径OA →垂直;
(2) 过点(3,1,-2)且与平面2x+y-7z+10=0平行;
(3) 过点(1,0,2)且平行于向量{1,1,2},{2,1,0};a b →→=-=
(4) 过点(1,1-1),(-2,-2,2)和(1,-1,2);
(5) 过点(1,2,-1)和y 轴;
(6) 过点(2,0,1)和点(5,1,3)且平行于z 轴;
(7) 过点(1,1,1)和点(0,1,-1)且与平面x+y+z=0相垂直
2. 求平面2x-2y+z+5=0与平面x+3y-2z+7=0的夹角的余弦。
3. 求两平行平面10Ax By Cz D +++=与20Ax By Cz D +++=之间的距离。
4. 求下列直线的方程:
(1) 过点(-2,3,1)且平行于直线12321
x y z -+==; (2) 过点(1,1,5)且垂直于平面2y-z=0;
(3) 过点(1,2,-3)和(2,1,4);
(4) 过点(0,2,4)与两平面x+2z-1=0和y-3z-2=0平行;
(5) 过点(0,1,2)且与直线11112
x y z --==垂直相交。
5. 写出下列直线的对称式及参数方程:
0(1)0x y z x y z +-=⎧⎨-+=⎩ 50(2)384360
x y z x y z -++=⎧⎨-++=⎩ 6. 判断下列直线1L 和2L 的相互位置,并求夹角的余弦:
123122(1):
,:;234112
x y z x y z L L +-+-==+= 121112(2):,:;112134x y z x y z L L +-+-==+=
7. 求下列投影点的坐标:
(1) 点(-1,2,0)在平面x+2y-z+1=0上的投影点;
(2) 点(2,3,1)在直线722123
x y z +++==上的投影点。
8. 求直线2103210x y z x y z +-+=⎧⎨-+-=⎩
在平面30x y z ++-=上的投影直线方程。
9. 求两直线250240x y y z ++=⎧⎨--=⎩与0240
y x z =⎧⎨++=⎩的公垂线的方程。
10. 指出下列方程在平面解析几何与空间解析几何中分别表示什么几何图形 (1)21x y += (2)221x y +=
(3)221x y -= (4)2
12x y += 11.写出下列曲线绕指定轴旋转而成的旋转曲面的方程:
(1)yOz 面上的抛物线2
2z y =绕y 轴旋转;
(2)xOy 面上的双曲线22236x y -=绕x 轴旋转;
(3)xOz 面上的直线210x z -+=绕z 轴旋转。
12.指出下列方程所表示的曲面哪些是旋转曲面,这些旋转曲面是如何形成的?
(1)221x y z ++= (2)221x y z ++= (3)2
2
214y x z -+= (4)22221x y z z --+-= 13.指出下列方程表示的曲线:
(1)222(1)(4)2510x y z y ⎧-++++⎨+=⎩ (2)222
432
x y z z ⎧-=⎨=⎩
14.将曲线22291
x y z x z ⎧++=⎨+=⎩化为参数方程,并求其在xOy 平面上的投影方程。
15.求准线为22222241x y z x y z
⎧++=⎪⎨=+⎪⎩母线平行于z 轴的柱面方程。
[重点、难点、考点]:
本章要求熟悉向量的概念及其运算和空间直角坐标系
以及一些特殊曲面的方程及其图形。
【总习题】
1.在边长为1的立方体中,设OM 为对角线,OA 为棱,求OA →在OM →上的投影。
2
.设|||1,6a b a b π→→→→==与的夹角=
,计算: (1)a b →→+与a b →→
-之间的夹角;
(2)以2a b →→+与3a b →→-为邻边的平行四边形的面积。
3.设,a b →→为非零向量,且||1,b →=a b →→与的夹角=3π,求0||||lim x a x b a x
→→→→+-。
4. 已知点A (-1,0,0)和B (0,3,2),试在z 轴上求一点C ,使ABC ∆的面积最小。
5. 求通过点A (3,0,0)和B (0,0,1)且与xOy 面成4
π角的平面方程。
6. 设一平面过原点及点(1,-1,0)到直线23030y x x z -+=⎧⎨--=⎩
的垂线,求此平面的方程。
7. 设一直线过点(2,-1,2)且与两条直线1111:
,101x y z L ---==和 2213:,111
x y z L --+==-同时相交,求此直线的方程。
8. 求直线(0)x b bc b y z c =⎧⎪≠⎨=⎪⎩
绕z 轴旋转所得旋转面的方程,它表示什么曲面? 9. 证明直线10x y x z -=⎧⎨
+=⎩与11
x y z +=⎧⎨=-⎩相交,并求出交点的坐标。