空间向量与立体几何知识点归纳总结
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空间向量与立体几何知识点归纳总结
一.知识要点。
1.空间向量的概念：在空间，我们把具有大小和方向的量叫做向量。 注：(1)向量一般用有向线段表示.同向等长的有向线段表示同一或相等 的向量。
3. 共线向量
量也叫做共线向量或平行向量，a平行于b，记作a // b。
(2) 共线向量定理：空间任意两个向量a、b ( b工0 ), a// b存在实数
入，使a = X b。
(3) 三点共线：A B、C三点共线<=>AB
<=> oc
(4) 与a共线的单位向量为
4.共面向量
(1)定义: 一般地，能平移到同一平面内的向量叫做共面向量。 说明：空间任意的两向量都是共面的。 (2) 共面向量定理：如果两个向量ad不共线，p与向量a,b共面的条件 r
是存在实数x,y使p xa yb。
(3) 四点共面：若A、B C、P四点共面<=>AP xAB yAC
<=> OP xOA yOB zOC(其中 x y z 1) r
5. 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 2. (2)向量具有平移不变性
空间向量的运算。
定义：与平面向量运算一样，空间向量的加法、
uuuuuruuu r v uun LLW LUU r
OB OA AB a b； BA OA OB a
运算律：⑴加法交换律：abba
⑵加法结合律：(a b) c a (b c) ⑶数乘分配律：(a b) a b 减法与数乘运算如下(如
r uuu r
运算法则：三角形法则、平行四边形法则、 平行六面体法则
(1)如果表示空间向量的有向线段所在的直 线平行或重合，那么这些向
AC
xOA yOE（其中（y
a p，存在一个唯一的有序实数组 x, y,z，使p xa yb zc。 「
若三向量a,b)c不共面，我们把｛a,b,c｝叫做空间的一个 基底，a,b,c叫 做基向量，空间任意三个不共面的向量都可以构成空间的一个基底。
推论：设O,A,B,C是不共面的四点，则对空间任一点P，都存在唯一的三
UUU UUU UUU UULT 个有序实数X, y, Z,使OP xOA yOB zOC。
6. 空间向量的直角坐标系：
(1) 空间直角坐标系中的坐标：
在空间直角坐标系O xyz中，对空间任一点A，存在唯一的有序实数组
(x, y, z)，使OA xi yi zk，有序实数组(x,y,z)叫作向量A在空间直角坐 标系O
xyz中的坐标，记作A(x,y,z)， x叫横坐标，y叫纵坐标，z叫竖坐标。
注：①点A(x,y,z )关于x轴的的对称点为(x,-y,-z), 关于xoy平面的 对称点为(x,y,-z).即点关于什么轴/平面对称，什么坐标不变，其余的分坐 标均相反。②在y轴上的点设为(0,y,0),在平面yOz中的点设为(0,y,z)
(2) 若空间的一个基底的三个基向量互相垂直，且长为1，这个基底叫单
r r r f » t f
位正交基底，用｛i, j,k｝表示。空间中任一向量a xi y j zk
=(x,y,z)
(3) 空间向量的直角坐标运算律：
r r r r
① 若 a @8283)，b (Ebb)，则 a b 佝 ga? b?© d)，
r r r
a b (ai b?,a3 Q)， a ( ai, a?, a3)( R)，
r r
a b a1b1 a2b2 a3b3，
r r
a//b ai ga?鸟且 d( R)，
r r
a b a1b1 a2b2 a3b3 0。
LULL
② 若人(为』1,乙)，B(X2,y2Z)，则AB (x? y? 乙)。
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 定比分点公式：若人化，％,/)，B(x?,y?,z?)，AP PB，则点p坐 / x1 x? y1 y? z z?、
标为(」 ?, 1 ?㈡ ?)。推导：设P ( x,y,z )则
1 1 1
(x x1,y y1,z zj (x? x,y? y,z? z),显然，当 P 为 AB 中点时，
④ABC中，A他，％,^) ,B(x?, y?,z?),C(X3, 丫3启)，三角形重心P坐标x1 x?
P(—r y y?乙 z?
? , ?
或 dA,B . (X2 X-)2 (y2 y-)2 ② z-)2
7. 空间向量的数量积。
（1） 空间向量的夹角及其表示：已知两非零向量a,b，在空间任取一点O ,
uuu r uuu r r r r
作OA a,「OB b，贝q AOB叫做向量a与b的夹角，记作 a,b ；且规 定o
a,b ，显然有a,b b,a ；若a,b ，则称a与b互相
2
垂直，记作：a b。
（2） 向量的模：设OA a,则有向线段OA的长度叫做向量a的长度或模， 记作：Hi。
（3） 向量的数量积：已知向量a,b，则| a | |b | cos a,b 叫做a,b的
「 r r
数量积，记作a b，即a b 向|b| cos a,b 。 Xi X2 X3 yi y2 y3 乙 z? Z3
为 P（ 3 ' 2
⑤厶ABC的五心：
内心 P：内切圆的圆心, 角平分线的交点 AP z AB AC、
（AB AC）（单位向 AC
量）
外心 P:外接圆的圆心, 中垂线的交点。 P.
垂心
垂直） P：高的交点：PA PB PA PC PB PC |PB
（移项，内积为0,则 PC
重心 P:中线的交点，三等分点（中位线比） AP
中心：正三角形的所有心的合一。
、 r r
（4）模长公式：若a⑻总厶）,b （bibg）,
|a| \a a Ja-(AB AC)
3
（5）夹角公式：cosa b a2 a3 , | b | \ b b D b： 6
r r
a b ab ab ab |a| 1 b| 4aa/a/jb-2 匕22b2
△ ABC中①AB ? AC 0 <=>A为锐角②AB? AC 0 <=>A为钝角，钝角△ (6)两点间的距离公式：若 A(x1, y1,z1) , B(X2, y2,z2),
f uuu ,untr
贝S |AB| \AB 2 2 2 2
,(X2 X-) (y2 yi) (Z2 Z-)， （4） 空间向量数量积的性质： r r 「 r r r r r 2 r r
① a e |a|cos a,e 。② a b a b 0。③ |a| a a。
（5）空间向量数量积运算律：
r r r r r
①（$） b （』b） a （ b）。② a b b a （交换律）。 r r r r r r r
③ a （b c） a b a c （分配律）。
④ 不满足乘法结合率：（a b）c a（b c）
二.空间向量与立体几何
1线线平行 两线的方向向量平行
1- 1线面平行 线的方向向量与面的法向量垂直
1- 2面面平行 两面的法向量平行
2线线垂直（共面与异面） 两线的方向向量垂直
2- 1线面垂直 线与面的法向量平行
2- 2面面垂直 两面的法向量垂直
3线线夹角 （共面与异面）［0°,90°］两线的方向向量n!,n7的夹角或夹角的
补角， cos cos n1,n2
3- 1线面夹角［0°,90°］:求线面夹角的步骤：先求线的方向向量 AP与面的
法向量n的夹角，若为锐角角即可，若为钝角，贝y取其补角；再求其余角，
即是线面的夹角.sin + —ta
cos AP, n
3- 2面面夹角（二面角）［0°,180°］:若两面的法向量一进一出，则二面角
等于两法向量n1, n2的夹角；法向量同进同出，贝匸面角等于法向量的夹
- -- k
角的补角.cos cos n 1,n2
4. 点面距离h :求点P X0,y。到平面 的距离：在平面
4- 2面面距离（面面平行）：转化为点面距离 上去一点Q x, y ,
得向量PQ;；计算平面的法向量n;.h
5 PQ ? n
4-1线面距离（线面平行） :转化为点面距离 【典型例题】
1.基本运算与基本知识（）
例1.已知平行六面体ABCD ABCD，化简下列向量表达式，标出化简 结果的向量。
, uur uur , 、uuu uuu uuir
(1) AB BC ； (2) AB AD AA ；
uur uur 1 uuur 1 uuu uuur uur
⑶ AB AD CC ； ⑷—(AB AD AA)。
2 3
例2.对空间任一点O和不共线的三点A,B,C，问满足向量式：
uuu ujr uuu ujur
OP xOA yOB zOC (其中x y z 1 )的四点P, A,B,C是否共面？ 例 3 已知空间三点u』(0, 2, 3), B (-2, 1, 6), C( 1,- 1, 5)
⑴求以向量AB, AC为一组邻边的平行四边形的面积
⑵若向量a分别与向量AB, AC垂直，且I 3 ,
2. 基底法］
3. 坐标法(
4. 几何法
例4.
OAC 450,
说明：由图形知向量的夹角易出错，女口 OA, AC 1350易错写成
uuu uuur
OA, AC 450，切记！
例5.长方体ABCD 与BQ的交点，又AF
【模拟试题】
1.已知空间四边形 简下列各表达式，并标出化简结果向量： (如何找，转化为基底运算)
(如何建立空间直角坐标系，找坐标) S；
求向量a的坐标。
如图，在空间四边形OABC中, OA 8, AB
OAB 600，求OA与BC的夹角的余弦值。财 6， AC 4， BC 5，
ABiGDi 中，AB BC 4 ,E 为 AQ 与 BD 的交点，F 为 BCi BE，求长方体的高BBi。
ABCD，连结AC,BD，设M ,G分别是BC,CD的中点，化
umr uuur uuu
(1)AB BC CD ；
UJU 1 uuu uur uuu 1 uuu uuur
(2) AB —(BD BC) ； (3) AG —(AB AC)。
2 2
2.已知平行四边形ABCD从平面AC外一点0引向量。
uuu uur mm uuu umr luuriur uur
OE kOA,OF kOB,OG kOC,OH kOD。
1)求证：四点E,F,G,H共面；
(2)平面AC //平面EG。
1
如图正方体 ABCD A1B1C1D1中，B1E1 D1F1 —A3，求BE1与DF1所成角的
4 3. 余弦
5. 已知平行六面体 ABCD ABCD中，
AB 4, AD 3, AA 5, BAD 900，
BAA DAA 60 0，求 AC 的长。
