高中数学空间向量及其运算

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空间向量及其运算(讲义)

知识点睛

一、空间向量的定义及定理

1. 定义:在空间中,具有大小和方向的量叫做空间向量. 2. 空间向量的有关定理及推论

(1)共线向量定理

对空间任意两个向量a ,b (b ≠0),a ∥b 的充要条件是:存在实数λ,使__________.

[扩充]对空间三点P ,A ,B ,可通过证明下列任意一个结论成立来证明三点共线:

①PA PB λ−−→

−−→

=;

②对空间任一点O ,OP OA t AB −−→−−→−−→

=+;

③对空间任一点O ,()1OP x OA y OB x y −−→−−→−−→

=++=. (2)共面向量定理

如果两个向量a ,b __________,那么向量p 与向量a ,b 共面的充要条件是:存在________的有序实数对(x ,y ),使____________.

[扩充]对空间四点P ,M ,A ,B ,可通过证明下列任意一个结论成立来证明四点共面:

①MP x MA y MB −−→

−−→

−−→

=+;

②对空间任一点O ,OP OM x MA y MB −−→

−−→

−−→

−−→

=++; ③对空间任一点O ,

()1OP xOM y OA z OB x y z −−→

−−→

−−→

−−→

=++++=;

④PM −−→

∥AB −−→

(或PA −−→

∥MB −−→

或PB −−→

∥AM −−→

).

(3)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p ,存在有序实数组{x ,y ,z },使得___________________________. 其中,__________叫做空间的一个基底.

二、空间向量的线性运算 类比平面向量. 三、空间向量的坐标运算

l

a =(a 1,a 2,a 3),

b =(b 1,b 2,b 3)(a ,b 均为非零向量): a +b =_________________,a -b =________________, λa =_____________;

a •b=__________________,a =________________; cos

b >=__________________=__________________; a ∥b ⇔__________⇔__________________; a ⊥b ⇔__________⇔__________________. 四、空间位置关系

1. 直线的方向向量与平面的法向量

(1)直线的方向向量:l 是空间一直线,A ,B 是直线l 上任意两点,则称−−→

AB 为直线l 的方向向量.

与−−→

AB 平行的任意__________也是直线的方向向量. (2)平面的法向量

①定义:与平面__________的向量,称作平面的法向量.

②确定:设a ,b 是平面内两不共线向量,n 为平面α的法向量,则求法向量的方程组为_______________. 2. 空间位置关系的向量表示

精讲精练

1. 已知空间四边形ABCD 的对角线为AC ,BD ,设G 是CD 的中点,则

1()2AB BD BC −−→

−−

→−−→++=( )

G

D

C

B

A

A .BC −−→

B .CG −−→

C .AG −−→

D .12

BC −−

→ 2. 如图,在四面体OABC 中,OA −−→

=a ,OB −−→=b ,OC −−→

=c ,

D 为BC 的中点,

E 为AD 的中点,则−−→

OE =___________. (用a ,b ,c 表示)

E O

A

B

C

D

3. 已知向量a ,b ,且2AB −−→

=+a b ,56BC −−→

=-+a b ,72CD −−→

=-a b ,则一定共线

的三点是( ) A .A ,B ,D

B .A ,B ,C

C .B ,C ,

D D .A ,C ,D

4. 下列等式中,使M ,A ,B ,C 共面的有__________.

①OM OA OB OC −−→

−−→

−−→

−−→

=+-; ②111532

OM OA OB OC −−→

−−

→−−→−−→=++;

③MA MB MC −−→

−−→

−−→

++=0; ④OM OA OB OC −−→−−→−−→−−→

+++=0.

5. 已知{a ,b ,c }是空间向量的一个单位正交基底,{a +b ,a -b ,c }是空间的另

一个基底,若向量p 在基底{a +b ,a -b ,c }下的坐标为(32,1

2

-,3),则p

在基底{a ,b ,c }下的坐标为__________.

6. 已知a =(x ,4,1),b =(-2,y ,-1),c =(3,-2,z ),a ∥b ,

b ⊥

c .

(1)x =_______,y =_________,z =_________; (2)a +c 与b +c 所成角的余弦值为______________.

7. 如图,空间四边形ABCD 的每条边和对角线的长都等于1,

点E ,F 分别是AB ,AD 的中点,则EF −−→

•DC −−→

=( )

D

C

B

A F

E

A .14

B .1

4

- C

.4 D

.4-

8. 已知空间四边形ABCD 的每条边和对角线的长都等于a ,

点E ,F 分别是BC ,AD 的中点,则−−→AE •AF −−→

的值为( )

A .2a

B .21

2

a

C .214

a

D

2

9. 若n 是平面α的法向量,a 是直线l 的方向向量,则下列结论中正确的是( )

A .若l ⊥α,则a ⊥n

B .若l ∥α,则a ∥n

C .若a ∥n ,则l ⊥α

D .若a •n =0,则l ⊥α