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2021-2022学年新教材人教A版数学选择性必修第一册课件:第1章 1-4 1-4-1 第1课时 空间中点、直线和平面的向量表示 .ppt

上传人:高**** 文档编号:197463 上传时间:2024-05-26 格式:PPT 页数:46 大小:2.17MB
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资源描述

1、1.4 空间向量的应用 1.4.1 用空间向量研究直线、平面的位置关系 第1课时 空间中点、直线和平面的向量表示 第一章 空间向量与立体几何 学 习 任 务核 心 素 养 1.能 用 向量 语 言 描 述 直 线 和 平面(难点)2.理解直线的方向向量与平面的法向量(重点)3.会求一个平面的法向量(重点)1.通过空间中点、直线和平面的向量表示的学习,培养直观想象和逻辑推理素养.2.通过直线的方向向量和平面法向量的学习,提升数学运算的核心素养.情境导学探新知 NO.1知识点1 知识点2 知识点3(1)如图所示的四面体 A-BCD 中,怎样借助空间向量来描述 A,B,C 在空间中是不同的点?(2)

2、一般地,怎样借助空间向量来刻画空间中点的位置?知识点 1 空间中点的位置向量 如图,在空间中,我们取一定点 O 作为基点,那么空间中任意一点 P 就可以用向量OP 来表示我们把向量OP 称为点 P 的位置向量1.在空间直角坐标系 Oxyz 中,点 A(1,2,3)的位置向量是_ OA(1,2,3)位置向量OA(1,2,3)(1)如图所示的长方体 ABCD-A1B1C1D1 中,设ABv.如果只借助v,能不能确定直线 AB 在空间中的位置?(2)一般地,怎样借助空间向量来刻画空间中直线的位置?知识点 2 空间直线的向量表示式如图,a 是直线 l 的方向向量,在直线 l 上取ABa,设 P 是直线

3、 l 上的任意一点,则点 P 在直线 l 上的充要条件是存在实数 t,使得APta,即APtAB.如图,取定空间中的任意一点 O,可以得到点 P 在直线 l 上的充要条件是存在实数 t,使OP OA ta,或_.OP OA tAB式和式都称为空间直线的向量表示式由此可知,空间任意直线由直线上一点及直线的方向向量唯一确定图 图1.根据空间直线的向量表达式OP OA tAB,线段 AB 的中点 M 的向量表达式是什么?提示 OM OA 12AB.2.思考辨析(正确的打“”,错误的打“”)(1)零向量不能作为直线的方向向线()(2)若向量 v 是直线 l 的方向向量,则 v(0)也是直线 l 的方向

4、向量()(3)直线 l 的方向向量都平行,且方向相同()答案(1)(2)(3)一个定点和两个定方向能否确定一个平面?进一步地,一个定点和一个定方向能否确定一个平面?如果能,如何用向量表示这个平面?知识点 3 空间平面的向量表示式(1)空间平面 ABC 的向量表示式如图,取定空间任意一点 O,空间一点 P位于平面 ABC 内的充要条件是存在实数 x,y,使 .我们把这个式子称为空间平面 ABC 的向量表示式由此可知,空间中任意平面由空间一点及两个不共线向量唯一确定OP OA xAByAC(2)平面的法向量与平面的向量表示式如图,直线 l,取直线 l 的方向向量 a,我们称向量 a 为平面 的法向

5、量给定一个点 A 和一个向量 a,那么过点 A,且以向量 a为法向量的平面完全确定,可以表示为集合P|aAP02.如果 n 为平面 的一个法向量,A,B 为平面 内的两点,则 n 与AB有什么关系?提示 nAB,即 nAB0.3.思考辨析(正确的打“”,错误的打“”)(1)平面 的所有法向量都平行,且同向()(2)若 n 是平面 的一个法向量,则 n(R)也是平面 的一个法向量()(3)向量 i(1,0,0)是坐标平面 Oyz 的一个法向量()提示(1)法向量也可能方向相反(2)当 0 时,n0,不能作为平面的法向量(3)x 轴垂直于坐标平面 Oyz.合作探究释疑难 NO.2类型1 类型2 类

6、型 1 直线的方向向量【例 1】(1)已知直线 l 的一个方向向量 m(2,1,3),且直线 l 过 A(0,y,3)和 B(1,2,z)两点,则 yz 等于()A0 B1 C32 D3(2)在如图所示的坐标系中,ABCD-A1B1C1D1 为正方体,棱长为 1,则直线 DD1 的一个方向向量为_,直线 BC1 的一个方向向量为_(1)A(2)(0,0,1)(0,1,1)(答案不唯一)(1)A(0,y,3)和 B(1,2,z),AB(1,2y,z3),直线 l 的一个方向向量为 m(2,1,3),故设ABkm.12k,2yk,z33k.解得 k12,yz32.yz0.(2)DD1AA1,AA1

7、(0,0,1),直线 DD1 的一个方向向量为(0,0,1);BC1AD1,AD1(0,1,1),故直线 BC1 的一个方向向量为(0,1,1)求直线的方向向量的 2 种方法(1)在直线 l 上确定两点 A,B,则AB或BA就是直线 l 的方向向量(2)在与直线 l 平行的直线 m 上确定两点 A1,B1,则A1B1 或B1A1 就是直线 l 的方向向量跟进训练1(1)(多选题)若 M(1,0,1),N(2,1,2)在直线 l 上,则直线 l 的一个方向向量是()A(2,2,6)B(1,1,3)C(3,1,1)D(3,0,1)(2)从点 A(2,1,7)沿向量 a(8,9,12)的方向取线段长

8、|AB|34,则 B 点的坐标为()A(18,17,17)B(14,19,17)C6,72,1D2,112,13(1)AB(2)A(1)M,N 在直线 l 上,MN(1,1,3),故向量(1,1,3),(2,2,6)都是直线 l 的一个方向向量(2)设 B 点坐标为(x,y,z),则ABa(0),即(x2,y1,z7)(8,9,12),因为|AB|34,即 642812144234,得 2,所以 x18,y17,z17.类型 2 求平面的法向量【例 2】(对接教材 P28 例题)如图,在四棱锥 P-ABCD 中,底面 ABCD 为矩形,PA平面 ABCD,E 为 PD 的中点ABAP1,AD

9、3,试建立恰当的空间直角坐标系,求平面 ACE 的一个法向量解 因为 PA平面 ABCD,底面 ABCD 为矩形,所以 AB,AD,AP 两两垂直 如图,以 A 为坐标原点,AB,AD,AP的方向分别为 x 轴,y 轴,z 轴的正方向,建立空间直角坐标系,则 D(0,3,0),P(0,0,1),E0,32,12,C(1,3,0),于是AE0,32,12,AC(1,3,0)设 n(x,y,z)为平面 ACE 的法向量,则nAC0,nAE0,即x 3y0,32 y12z0,所以x 3y,z 3y,令 y1,则 xz 3.所以平面 ACE 的一个法向量为 n(3,1,3)本例条件不变,试求直线 PC

10、 的一个方向向量和平面 PCD 的一个法向量?解 如图所示,建立空间直角坐标系,则 P(0,0,1),C(1,3,0),所以PC(1,3,1),即直线 PC 的一个方向向量为(1,3,1)设平面 PCD 的法向量为 n(x,y,z)因为 D(0,3,0),所以PD(0,3,1)由nPC0,nPD 0,即x 3yz0,3yz0,所以x0,z 3y,令 y1,则 z 3.所以平面 PCD 的一个法向量为(0,1,3)试总结用待定系数法求平面法向量的步骤提示(1)设向量:设平面的法向量为 n(x,y,z)(2)选向量:在平面内选取两个不共线向量AB,AC.(3)列方程组:由nAB0,nAC0列出方程

11、组(4)解方程组:nAB0,nAC0.(5)赋非零值:取 x,y,z 其中一个为非零值(常取1)(6)得结论:得到平面的一个法向量跟进训练2.如图所示,已知空间直角坐标系中的三棱锥 O-ABC 中,O(0,0,0),A(a,0,0),B(0,b,0),C(0,0,c),其中 abc0,求平面 ABC的一个法向量解 由已知可得 ABOB OA(0,b,0)(a,0,0)(a,b,0),ACOC OA(0,0,c)(a,0,0)(a,0,c)设平面 ABC 的一个法向量为 n(x,y,z),则 nABaxby0,nACaxcz0,将 x 看成常数,可解得 yabx,zacx.令 xbc,则 yac

12、,zab.因此,n(bc,ac,ab)为平面 ABC的一个法向量当堂达标夯基础 NO.31 3 5 2 4 1若 A(1,0,1),B(1,4,7)在直线 l 上,则直线 l 的一个方向向量为()A(1,2,3)B(1,3,2)C(2,1,3)D(3,2,1)A 因为AB(2,4,6),所以(1,2,3)是直线 l 的一个方向向量2 1 3 4 5 2若 n(2,3,1)是平面 的一个法向量,则下列向量中能作为平面 的法向量的是()A(0,3,1)B(2,0,1)C(2,3,1)D(2,3,1)D 求与 n 共线的一个向量易知(2,3,1)(2,3,1)3 1 2 4 5 3(多选题)在直三棱

13、柱 ABC-A1B1C1 中,以下向量可以作为平面ABC 法向量的是()AABBAA1CB1BDA1C1BC 由 AA1平面 ABC,B1B平面 ABC 知,AA1,B1B 是平面ABC 的法向量,故选 BC4 1 2 3 5 4设平面 内两向量 a(1,2,1),b(1,1,2),则下列向量中是平面 的法向量的是()A(1,2,5)B(1,1,1)C(1,1,1)D(1,1,1)B 设 c(1,1,1),则 cacb0,即 ca,cb,故选 B2 4 5 1 3 5已知平面 经过点 O(0,0,0),且 e(1,2,3)是 的一个法向量,M(x,y,z)是平面 内任意一点,则 x,y,z 满

14、足的关系式是_x2y3z0 由题意得 eOM,则OM e(x,y,z)(1,2,3)0,故 x2y3z0.回顾本节知识,自我完成以下问题:(1)如何求直线 l 的方向向量?提示 在直线 l 或与直线 l 平行的直线上取两点 A,B,则AB或BA就是直线 l 的方向向量(2)平面的法向量有无数个,它们是什么关系?提示 共线(3)如何求一个平面的法向量?提示 设法向量 n(x,y,z);在已知平面内找两个不共线向量 a(a1,a2,a3),b(b1,b2,b3);建立方程组naa1xa2ya3z0,nbb1xb2yb3z0;解方程组:用一个未知量表示其他两个未知量,然后对用来表示两未知量的未知量赋以特殊值,从而得到平面的一个法向量点击右图进入 课 后 素 养 落 实 谢谢观看 THANK YOU!

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