1、1.2 空间向量基本定理学习目标 素 养 目 标 学 科 素 养 1.理解空间向量的正交分解,空间向量的基本定理;2.能用空间一个基底表示空间的任意向量.(重点)1.数学抽象;2.数学运算。自主学习 一空间向量基本定理如果三个向量 a,b,c,那么对任意一个空间向量 p,存在唯一的有序实数组(x,y,z),使得 p我们把a,b,c叫做空间的一个,a,b,c 都叫做基向量xaybzc不共面 基底 自主学习 二空间向量的正交分解1.单位正交基底如果空间的一个基底中的三个基向量,且长度都是,那么这个基底叫做单位正交基底,常用i,j,k表示2.向量的正交分解由空间向量基本定理可知,对空间任一向量 a,
2、均可以分解为三个向量 xi,yj,zk 使得 axiyjzk像这样把一个空间向量分解为三个两两垂直的向量,叫做把空间向量进行正交分解两两垂直 1 自主学习 思考1:基底选定后,空间中的所有向量均可由该基底唯一表示吗?不同基底下,同一个向量的表达式都相同吗?基底选定后,空间中的所有向量均可由该基底唯一表示,不一定相同,不同基底下,同一个向量的表达式也有可能不同.思考2:基底中能否有零向量?不能,因为零向量与任意一个非零向量共线,与任意两个非零向量共面.自主学习 解读:1.一个基底是一个向量组,一个基向量是指基底中的某一个向量,二者是相关联的不同概念.2.基底的选择一般有两个条件:(1)基底必须是
3、不共面的非零向量;(2)在进行基底选择时要尽量选择已知夹角和长度的向量,这样会让后续计算比较方便.小试牛刀 1.思考辨析(正确的打“”,错误的打“”)(1)空间的任何一个向量都可用三个给定向量表示()(2)若a,b,c为空间的一个基底,则 a,b,c 全不是零向量()(3)如果向量 a,b 与任何向量都不能构成空间的一个基底,则一定有 a 与 b 共线()(4)若a,b,c为空间一个基底,则a,b,2c也可构成空间一个基底()(5)若三个非零向量 a,b,c 不能构成空间的一个基底,则 a,b,c 共面()小试牛刀 2.设 p:a,b,c 是三个非零向量;q:a,b,c为空间的一个基底,则 p
4、 是 q的()A充分不必要条件B必要不充分条件C充要条件D既不充分也不必要条件B 解析:当三个非零向量 a,b,c 共面时不能作为基底,正推不成立;反过来,若a,b,c是一个基底,必有 a,b,c 都是非零向量,逆推成立,故选项 B 符合题意题型一基底的判断经典例题 例 1 已知e1,e2,e3是空间的一个基底,且OA e12e2e3,OB 3e1e22e3,OC e1e2e3,试判断OA,OB,OC 能否作为空间的一个基底解 假设OA,OB,OC 共面则存在实,使得OA OB OC,e12e2e3(3e1e22e3)(e1e2e3)(3)e1()e2(2)e3,e1,e2,e3 不共面,31
5、,2,21此方程组无解,OA,OB,OC 不共面,OA,OB,OC 可以作为空间的一个基底经典例题 总结判断三个空间向量是否共面,若共面,则不能构成基底;若不共面,则能构成基底方法:如果向量中存在零向量,则不能作为基底;如果存在一个向量可以用另外的向量线性表示,则不能构成基底假设 abc,运用空间向量基本定理,建立,的方程组,若有解,则共面,不能作为基底;若无解,则不共面,能作为基底题型一基底的判断跟踪训练1 经典例题 若向量MA,MB,MC 的起点 M 和终点 A,B,C 互不重合且无三点共线,则能使向量MA,MB,MC 成为空间一个基底的关系是(O 为空间中不同于 M,A,B,C 的一点)
6、()AOM13 OA 13 OB 13 OCBMAMB MCCOMOA OB OCDMA2MB MCC 解析:对于AB 与11C D,1AD 与1C B中的两向量,长度相等,方向相反,均为互为相反向量;对于1AC 与1BD 长度相等,方向不相反;对于1A D 与1B C长度相等,方向相同故互为相反向量的有 2 对题型一基底的判断经典例题 题型二 用基底表示向量例 2在平行六面体 ABCDA1B1C1D1 中,设ABa,AD b,AA1-c,E,F 分别是 AD1,BD 的中点(1)用向量 a,b,c 表示D1B-,EF;(2)若D1F-xaybzc,求实数 x,y,z 的值解(1)如图,连接
7、AC,D1B-D1D-DB AA1-ABAD abc,EFEAAF12D1A-12AC12(AA1-AD)12(ABAD)12(ac)(2)D1F-12(D1D-D1B-)12(AA1-D1B-)12(cabc)12a12bc,x12,y12,z1.经典例题 总结用基底表示向量时,若基底确定,要充分利用向量加法、减法的三角形法则和平行四边形法则,以及向量数乘的运算律;若没给定基底,首先选择基底,选择时,要尽量使所选的基向量能方便地表示其他向量,再就是看基向量的模及其夹角是否已知或易求 题型二 用基底表示向量跟踪训练2 经典例题 如图所示,空间四边形 OABC 中,G,H 分别是ABC,OBC
8、的重心,设OA a,OB b,OC c,D 为 BC 的中点试用向量 a,b,c 表示向量OG 和GH.解 因为OG OA AG,而AG 23AD,AD OD OA,又 D 为 BC 的中点,所以OD 12(OB OC),所以OG OA 23AD OA 23(OD OA)OA 2312(OB OC)23OA13(OA OB OC)13(abc)又因为GH OH OG,OH 23OD 2312(OB OC)13(bc),所以GH 13(bc)13(abc)13a.所以OG 13(abc),GH 13a.题型二 用基底表示向量经典例题 题型三 空间向量基本定理的应用例 3 如图,在正方体 ABCD
9、A1B1C1D1 中,E,F 分别是 BB1,D1B1 的中点,求证:EFAB1证明:设ABa,AA1 b,AD c,则EFEB1 B1F 12(BB1 B1D1)12(AA1 BD)12(AA1 AD AB)12(abc),AB1 ABBB1ABAA1 ab所以EFAB1 12(abc)(ab)12(|b|2|a|2)0所以EFAB1,即 EFAB1经典例题 总结首先根据几何体的特点,选择一个基底,把题目中涉及的两条直线所在的向量用基向量表示(1)若证明线线垂直,只需证明两向量数量积为 0(2)若证明线线平行,只需证明两向量共线(3)若要求异面直线所成的角,则转化为两向量的夹角(或其补角)题
10、型三 空间向量基本定理的应用跟踪训练3 经典例题 如图,在平行六面体 ABCDA1B1C1D1 中,以顶点 A 为端点的三条棱长度都为 1,且两两夹角为 60(1)求 AC1 的长;(2)求 BD1 与 AC 所成角的余弦值题型三 向量的共线及判定经典例题 解:(1)设ABa,AD b,AA1 c,则|a|b|c|1,a,bb,cc,a60,所以 abbcca12|AC1|2(abc)2a2b2c22(abbcca)1112121212 6,所以|AC1|6,即 AC1 的长为 6(2)BD1 bca,ACab,所以|BD1|2,|AC|3,BD1 AC(bca)(ab)b2a2acbc1所以
11、 cosBD1,AC BD1 AC|BD1|AC|66 所以 AC 与 BD1 所成角的余弦值为 66 题型三 向量的共线及判定当堂达标 1.以下四个命题中正确的是()A基底a,b,c中可以有零向量B空间任何三个不共面的向量都可构成空间向量的一个基底CABC 为直角三角形的充要条件是ABAC0D空间向量的基底只能有一组B 解析:使用排除法因为零向量与任意两个非零向量都共面,故 A 不正确;ABC 为直角三角形并不一定是ABAC 0,可能是BC BA0,也可能是CACB0,故 C 不正确;空间基底可以有无数多组,故 D 不正确当堂达标 2.(多选)已知点 O,A,B,C 为空间不共面的四点,且向
12、量 aOA OB OC,向量 bOA OB OC,则与 a,b 能构成空间基底的向量是()A.OAB.OBC.OCD.OA 或OBABD 解析:OC 12a12b 且 a,b 不共线,a,b,OC 共面,OC 与 a,b 不能构成一组空间基底当堂达标 3.如图,在正方体 ABCD-A1B1C1D1 中,用AC,1AB,1AD 作为基向量,则1AC 12(1AD 1AB AC)解析:21AC 21AA 2AD 2AB(1AA AD)(1AA AB)(AD AB)1AD 1AB AC,所以1AC 12(1AD 1AB AC).当堂达标 4已知 ae1e2e3,be1e2e3,ce1e2e3,de1
13、2e23e3,若 dabc,则,的值分别为_52,1,12解析:d(e1e2e3)(e1e2e3)(e1e2e3)()e1()e2()e3e12e23e3,1,2,3,52,1,12.当堂达标 5.在棱长为 2 的正方体 ABCDA1B1C1D1 中,E,F 分别是 DD1,BD 的中点,点 G 在棱 CD 上,且 CG13CD(1)证明:EFB1C;(2)求 EF 与 C1G 所成角的余弦值(1)证明:设DA i,DC j,DD1 k,则i,j,k构成空间的一个正交基底所以EFED DF 12k12(DA AB)12i12j12k,B1C B1B BCik,所以EFB1C 12i12j12k(ik)12|i|212|k|20,所以 EFB1C当堂达标(2)解:EF12i12j12k,C1G C1C CG k13j,|EF|212i12j12k 214|i|214|j|214|k|23,|EF|3,|C1G|2k13j 2|k|219|j|2449409,|C1G|2 103,cosEF,C1G EFC1G|EF|C1G|12i12j12k k13j32 103432 303 3015 EF 与 C1G 所成角的余弦值为 3015 对应课后练习课后作业