资源简介 (共22张PPT)2.2 空间向量及其运算1.空间向量的基本概念(1)定义:空间中既有大小又有方向的量称为空间向量.(2)向量的模:空间向量a的大小(或长度)称为a的模,记为|a|.(3)表示:从空间中任意一点A出发作有向线段 ,使 的方向与a相同,长度与|a|相等,则有向线段 表示向量a,记作a= .通常把A称为向量 的起点,B称为向量 的终点.1 | 空间向量的基本概念2.几类特殊的空间向量名称 定义零向量 长度为0的向量相等向量 方向相同且长度相等的向量相反向量 方向相反、长度相等的向量1.空间向量的加减法法则 平面向量求和的三角形法则和平行四边形法则对空间向量也成立.(1)对于空间任意两个向量a,b,在平面α内任取一点O,作 =a, =b, =b,则a+b= ,a-b= .(2)对于空间三个或更多的向量的求和,与平面内多个向量的加法类似,可将它们依次用首尾相接的折线来表示,则从第一个向量的起点指向最后一个向量的终点所得的向量即为这些向量的和向量.2 | 空间向量的加减法2.空间向量的加法运算律(1)加法交换律:a+b=b+a.(2)加法结合律:(a+b)+c=a+(b+c).1.向量与实数相乘的定义:任何一个向量a都可看作某平面上的向量,它与实数λ相乘可类比平面向量数乘的法则进行,因而有|λa|=|λ||a|.当λ>0时,λa与a方向相同;当λ<0时,λa与a方向相反.空间向量的加法、减法、数乘三种运算统称为空间向量的线性运算.2.单位向量:长度为1的向量称为单位向量.对于每个非零向量a,可得到与它方向相同的唯一单位向量e= a.3.共线向量:对于空间任意两个向量a,b(a≠0),若b=λa,其中λ为实数,则b与a共线或平行,记作b∥a. 零向量与任意向量共线.3 | 向量与实数相乘4.空间向量与实数的乘法的运算律(1)对向量加法的分配律:λ(a+b)=λa+λb.(2)对实数加法的分配律:(λ1+λ2)a=λ1a+λ2a.1.向量的夹角:作 =a, =b,则∠AOB称为向量a,b的夹角,记作,其取值范围为[0,π].两向量同向时,夹角为0;两向量反向时,夹角为π.2.向量的数量积:定义a·b=|a||b|·cos为a与b的数量积.零向量与任意向量的数量积为0,即0·a=0.3.向量数量积的性质(1)向量垂直的关系式: a⊥b a·b=0.注:零向量与任意向量垂直.(2)模长公式:a·a=|a|2=a2,|a|= .(3)夹角公式:若a,b均为非零向量,则cos= .4.向量数量积的运算律(1)(λa)·b=λ(a·b)=a·(λb)(λ∈R).4 | 向量的数量积(2)交换律:a·b=b·a.(3)分配律:a·(b+c)=a·b+a·c.5.向量数量积的几何意义(1)投影向量与投影长: 如图,将空间任意两个向量a,b平移到同一个平面内,可得 =a, =b,=α,过点B作BB1⊥OA,垂足为点B1,则 为 在 方向上的投影向量,投影向量的模| |=| ||cos α|称为投影长, 称| |cos α为 在 方向上的投影.(2)数量积的几何意义:a与b的数量积等于a的模|a|与b在a方向上的投影|b|·cos α的乘积,也等于b的模|b|与a在b方向上的投影|a|cos α的乘积.知识拓展 空间向量的三角不等式如果a,b都是空间向量,那么||a|-|b||≤|a±b|≤|a|+|b|.1.相等向量一定是共线向量吗 是.若a,b相等,则a=b=1×b,符合共线向量的定义,故a与b是共线向量.2.当a=0或b=0时,a,b的夹角为0,对吗 不对.因为零向量的方向可以任取,所以当a=0或b=0时,夹角可以在[0,π]中任意选定.3. 在 方向上的投影一定是非负数吗 不一定. 在 方向上的投影为| |·cos< , >,当< , >为钝角时,cos< , >为负数,此时 在 方向上的投影为负数.4.对于空间内任意三个向量a,b,c,a·(b·c)=(a·b)·c一定成立吗 不一定.因为b·c,a·b的结果是实数,所以a·(b·c)是与a共线的向量,(a·b)·c是与c共线的向量,而a,c不一定共线,所以a·(b·c)与(a·b)·c不一定相等.知识辨析空间向量的线性表示的步骤(1)在空间中选三条不在同一个平面内的向量;(2)利用向量的线性运算表示空间中的其他向量.1 空间向量的线性表示 典例 如图,在平行六面体ABCD-A1B1C1D1中,设 =a, =b, =c,M,N,P分别是AA1,BC,C1D1的中点.试用向量a,b,c表示以下各向量.(1) ;(2) + .解析 (1)∵P是C1D1的中点,∴ = ,∴ = + + =a+ + =a+c+ =a+c+ b.(2)∵M是AA1的中点,∴ = ,∴ = + = + =- a+ = a+ b+c.∵N是BC的中点,∴ = ,∴ = + = + = + = c+a.∴ + = + = a+ b+ c.技巧点拨 用已知向量表示未知向量时,一定要结合图形,以图形为指导,尤其要注意利用图形中的三角形或平行四边形进行合理转化. 求解两点间距离问题时,转化为求以两点为端点的有向线段表示的向量的模的问题,然后将此向量表示为已知的几个向量和或差的形式,求出已知向量两两之间的夹角以及它们的模,利用公式|a|= (推广公式:|a±b|= = )求解即可.2 利用数量积求距离问题 典例 如图,在平行四边形ABCD中,AD=4,CD=3,∠D=60°,PA⊥平面ABCD,并且| |=6,求 及线段PC的长.解析 易知PA⊥AD,PA⊥DC,且 = + + ,∴ =( + + )2= + + +2 · +2 · +2 · =62+42+32+0+0+2| || |cos 120°=61-12=49.∴| |=7.线段PC的长即为 的模,即为7.1.求空间两个向量的夹角的方法(1)结合图形,平移向量,利用空间向量的夹角定义来求,但要注意向量夹角的范围;(2)先求a·b,再利用公式cos= 求cos,最后确定.2.求两条异面直线所成的角的步骤(1)根据题设条件在两条异面直线上分别取一个有向线段表示的向量;(2)将异面直线所成角的问题转化为向量夹角问题;(3)利用向量的数量积求向量夹角的余弦值;(4)由于异面直线所成的角为锐角或直角,因此向量夹角的余弦值的绝对值等于异面直线所成的角的余弦值,进而求出异面直线所成的角的大小.3 利用数量积求解夹角问题 典例 在三棱柱ABC-A1B1C1中,底面边长和侧棱长都相等,∠BAA1=∠CAA1=60°,则异面直线AB1与BC1所成角的余弦值为 .解析 设三棱柱的底面边长和侧棱长都为1,因为 = + , = - = + - ,所以| |2=( + )2= +2 · + =2+2cos 60°=3,| |2=( + - )2= + + +2 · -2 · -2 · =2,又因为 · =( + )·( + - )= · + · - + · + - · = + -1+ +1- =1,所以cos< , >= = = .所以异面直线AB1与BC1所成角的余弦值为 .答案 1.由数量积的性质a⊥b a·b=0可知,要证两直线垂直,可构造与两直线分别平行的非零向量,然后证明这两个向量的数量积为0即可.2.用向量法证明垂直关系的步骤(1)把几何问题转化为向量问题;(2)用已知向量表示所证向量;(3)结合数量积公式和运算律证数量积为0;(4)将向量问题回归到几何问题.4 利用数量积证明两直线垂直 典例 如图,正四面体V-ABC的高VD的中点为O,求证:AO,BO,CO两两垂直.思路点拨 因为正四面体的各条棱长都相等,且相邻两条棱的夹角为60°,所以可以用同一起点的向量表示 , , ,从而利用数量积的运算证明垂直关系.证明 设 =a, =b, =c,正四面体的棱长为1,则 = + = + × ( + )= + ( - + - )= (a+b+c), = - = - = (b+c-5a), = - = - = (a+c-5b), = - = - = (a+b-5c),所以 · = (b+c-5a)·(a+c-5b)= (26a·b-4b·c-4a·c-5a2-5b2+c2)= ×(26×1×1×cos 60°-4×1×1×cos 60°-4×1×1×cos 60°-9)=0,所以 ⊥ ,即AO⊥BO.同理,AO⊥CO,BO⊥CO.所以AO,BO,CO两两垂直.第2章 空间向量与立体几何2.2 空间向量及其运算基础过关练 题组一 空间向量的基本概念1.下列说法正确的是( )A.任一空间向量与它的相反向量都不相等B.将空间中所有的单位向量平移到同一起点,则它们的终点构成一个圆C.同平面向量一样,任意两个空间向量都不能比较大小D.不相等的两个空间向量的模必不相等2.(多选)下列说法正确的是( )A.向量与的长度相等B.在空间四边形ABCD中,与是相反向量C.空间向量就是空间中的一条有向线段D.方向相同且模相等的两个向量是相等向量3.如图所示,在四棱柱的上底面ABCD中,=,则下列向量相等的是( )A.与B.与C.与D.与题组二 空间向量的加减法4.如图,在平行六面体ABCD-A1B1C1D1中,+-=( )A. B. C. D.5.已知四边形ABCD,O为空间中任意一点,且+=+,则四边形ABCD是( )A.空间四边形 B.平行四边形C.等腰梯形 D.矩形6.在长方体ABCD-A1B1C1D1中,AD=AA1=1,AB=2,则|-|= . 7.在直三棱柱ABC-A1B1C1中,若=a,=b,=c,则= .(用a,b,c表示) 题组三 向量与实数相乘如图,在三棱锥O-ABC中,设=a,=b,=c,若=,=2,则=( )A.a+b-cB.-a-b+cC.a-b-cD.-a+b+c9.光岳楼亦称“余木楼”“鼓楼”“东昌楼”,位于山东省聊城市,其墩台为砖石砌成的正四棱台,直观图如图所示,其上下底面边长之比约为,则++= . 10.如图,O是△ABC所在平面外一点,M为BC的中点,若=λ与=++同时成立,则实数λ的值为 . 题组四 数量积的概念及其运算11.已知a,b,c为空间向量,下列有关说法中正确的是( )A.若a·b=b·c,且b≠0,则a=cB.(a-b)2=a2-2a·b+b2C.(a·b)·c=a·(b·c)D.向量a在向量b方向上的投影一定是正的12.如图,已知正方体ABCD-A'B'C'D'的棱长为1,设=a,=b,=c,则a·(a+b+c)=( )A.1 B. C. D.213.如图,正四面体A-BCD的棱长为2,E,F,G分别是AB,AD,CD的中点,则·的值为( )A. B.1 C.2 D.4题组五 空间向量的数量积的简单应用14.已知空间向量a,b,c满足a+b+c=0,|a|=2,|b|=3,|c|=4,则a与b的夹角为( )A.30° B.45°C.60° D.以上都不对15.已知四边形ABCD为矩形,PA⊥平面ABCD,连接BD,PB,PC,PD,则下列各组向量中,数量积不一定为零的是( )A.与 B.与C.与 D.与16.如图是棱长为1的正四面体O-ABC,M是棱BC的中点,点N在线段OM上,点P在线段AN上,且MN=ON,AP=AN.(1)用向量,,表示 ;(2)求||.17.如图,空间四边形OABC的各边及对角线的长均为2,E是AB的中点,F在OC上,且=2,设=a,=b,=c.(1)用a,b,c表示;(2)求向量与向量所成角的余弦值.能力提升练 题组一 利用共线向量解决直线平行、三点共线问题1.已知向量a,b,且=a+2b,=-5a+6b,=7a-2b,则一定共线的三点是( )A.A,B,D B.A,B,CC.B,C,D D.A,C,D2.设e1,e2是两个不共线的空间向量,若=2e1-e2,=3e1+3e2,=e1+ke2,且A,C,D三点共线,则实数k的值为 . 3.如图,已知M,N分别为四面体A-BCD的面BCD与面ACD的重心,G为AM上一点,且GM∶GA=1∶3.求证:B,G,N三点共线.4.如图,在正方体ABCD-A1B1C1D1中,点M,N分别在线段A1B,D1B1上,且BM=BA1,B1N=B1D1,P为棱B1C1的中点.求证:MN∥BP.题组二 利用空间向量的数量积求两点间的距离(线段的长度)5.如图,在四面体A-BCD中,M,N分别为AB和CD的中点,AD=2,BC=4,且向量与向量的夹角为120°,则线段MN的长为( )A. B.C.或 D.3或36.如图所示,在平面角为120°的二面角α-AB-β中,AC α,BD β,且AC⊥AB,BD⊥AB,垂足分别为A,B,AC=AB=BD=6,则C,D间的距离为 . 7.在三棱柱ABC-A1B1C1中,M,N分别是A1B,B1C1上的点,且BM=2A1M,C1N=2B1N.设=a,=b,=c.(1)试用a,b,c表示向量;(2)若∠BAC=90°,∠BAA1=∠CAA1=60°,AB=AC=AA1=2,求MN的长.8.如图所示,四边形ABCD是矩形,EF∥AB,AB=4,EF=2,△ADE和△BCF都是边长为2的等边三角形,G是AD上一动点,求FG的长度的范围.题组三 利用空间向量的数量积求异面直线所成的角9.已知a,b是异面直线,A,B∈a,C,D∈b,AC⊥b,BD⊥b,且AB=2,CD=1,则直线a与b所成的角是( )A.30° B.45° C.60° D.90°10.在四面体O-ABC中,OA=OB=OC,∠AOB=∠AOC=60°,∠BOC=90°,则OB与AC所成角的大小为( )A.30° B.60° C.120° D.150°11.在正方体ABCD-A1B1C1D1中,直线BC1与AC所成角的余弦值为 . 题组四 数量积的综合应用12.(多选)如图是一个形状为平行六面体的结晶体ABCD-A1B1C1D1,以顶点A为端点的三条棱的长均为6,且它们彼此的夹角都是60°,则下列说法中正确的是( )A.AC1=6B.AC1⊥BDC.向量与的夹角是60°D.BD1与AC所成角的余弦值为13.如图,正三棱柱ABC-A1B1C1中,底面边长为.(1)设侧棱长为1,求证:AB1⊥BC1;(2)设AB1与BC1的夹角为,求侧棱长.答案与分层梯度式解析第2章 空间向量与立体几何2.2 空间向量及其运算基础过关练1.C 对于A,零向量与它的相反向量相等,故说法错误;对于B,将空间中所有的单位向量平移到同一起点,则它们的终点构成一个球面,故说法错误;对于C,空间向量与平面向量一样,既有大小又有方向,不能比较大小,故说法正确;对于D,一个非零空间向量与它的相反向量不相等,但它们的模相等,故说法错误.故选C.2.AD 向量与是相反向量,长度相等,故A正确;空间四边形ABCD中,与的模不一定相等,方向也不一定相反,故B错误;空间向量可以用空间中的一条有向线段表示,但不能说空间向量就是有向线段,故C错误;由空间向量的有关概念与性质易知D正确.故选AD.3.D 因为=,所以四边形ABCD是平行四边形,结合平行四边形的性质及相等向量的定义知,=,=,=,故选D.4.B +-=-=+=.故选B.5.B 由已知可得=,由相等向量的定义可知,四边形ABCD的一组对边平行且相等,所以四边形ABCD是平行四边形,无法判断其是不是矩形,故选B.6.答案 解析 | -|=|-|=||=||==.7.答案 b-a-c解析 如图,连接CA1,则=-=--=b-a-c.8.A 连接OM,ON,则=-=(+)-(+)=(+)--=(+)--(-)=+-=a+b-c.故选A.小题巧解 本题还可应用如下结论:如图,在△ABC中,D为BC边上一点,若=,则=+.其解法:=-=(+)-=+-=a+b-c.9.答案 解析 如图,延长EA,FB,GC,HD相交于一点O,则=,=,=,∴++=++=++=+=+=.10.答案 解析 连接OM.∵=++=+×2=+,∴G为AM的中点,∴=.又∵=λ,∴λ=.11.B a·b=b·c,且b≠0 |a||b|cos=|b|·|c|cos,|b|≠0,则|a|cos=|c|cos,得不出a=c,故A错误;由空间向量数量积的运算性质可知B正确;(a·b)·c=λc,a·(b·c)=μa,其中λ,μ均为实数,但a,c不一定共线,故(a·b)·c与a·(b·c)不一定相等,故C错误;向量a在向量b方向上的投影为|a|cos,其可以为0,也可以为负数,故D错误.故选B.易错警示 注意向量的投影与投影长的区别,前者可正可负可为0,后者代表投影向量的模,它一定为非负数.12.A 根据空间向量的加法法则得a+b+c=+=,易知AC'为正方体的体对角线,所以AC'=,所以cos∠BAC'==,所以a·(a+b+c)=·=||||cos∠BAC'=1××=1.故选A.13.B 设=a,=b,=c,则a·b=b·c=c·a=2×2×=2.∵=-=-(+)=a-b-c,==(-)=a-b,∴·=·=×(a2-2a·b+b2-a·c+b·c)=1.故选B.14.D 设a与b的夹角为θ(θ∈[0,π]).由a+b+c=0,得a+b=-c,两边平方,得a2+2a·b+b2=c2,所以4+2×2×3cos θ+9=16,解得cos θ=,故选D.15.A 由PA⊥平面ABCD,四边形ABCD为矩形,可知DA⊥PB,PD⊥AB,PA⊥CD,故B,C,D选项中两向量的数量积均为零,无法判断PC与BD是否存在垂直关系,故选A.16.解析 (1)=+=+=+××(+)=-++.(2)=+=+=+(-)=+=+×=+×(+)=++.因为四面体O-ABC是棱长为1的正四面体,所以||=||=||=1,·=·=·=1×1×=,所以||2==(++)2=(+++2·+2·+2·)=×=,所以||=.17.解析 (1)由题意可得=-=-(+)=-a-b+c.(2)因为空间四边形OABC的各边及对角线的长均为2,所以|a|=|b|=|c|=2,且a,b,c三个向量中任意两个向量的夹角都为,所以a·b=a·c=b·c=2×2×cos =2.又因为·=a·=-a2-a·b+a·c=-×22-×2+×2=-,||2==a2+b2+c2+a·b-a·c-b·c=×22+×22+×22+×2-×2-×2=,即||=,所以cos<,>===-,所以向量与向量所成角的余弦值为-.能力提升练1.A 因为=+=2a+4b=2(a+2b)=2,所以与共线,又因为与有公共点B,所以A,B,D三点共线.故选A.2.答案 解析 因为A,C,D三点共线,所以∥,因为=+=2e1-e2+3e1+3e2=5e1+2e2,=e1+ke2,所以5∶2=1∶k,所以k=.技巧点拨 对于由空间中三点共线求参数的问题,往往先将其转化为由这三点确定的两个向量共线,再利用两个非零向量共线的充要条件确定参数的值.3.证明 设 =a,=b,=c,则=+×(+)=+(+)=+(-+-)=(++)=(a+b+c),则=+=+=-a+(a+b+c)=-a+b+c,∵=+=+(+)=-a+b+c,∴=.由两个非零向量平行的充要条件,可知∥.又∵BN∩BG=B,∴B,G,N三点共线.技巧点拨 要证明空间中三点共线,可转化为证明这三点确定的两个向量共线.4.证明 易得=++,又因为BM=BA1,B1N=B1D1,所以=-++=-(+)++(+)=+=+.又因为P为棱B1C1的中点,所以=+=+==,从而与为共线向量.因为直线MN与BP不重合,所以MN∥BP.方法总结 证明两直线平行时,先分别从两直线上取有向线段来表示两个向量,然后利用向量的线性运算结合向量共线的充要条件证明两向量共线,再根据两有向线段不在同一条直线上得到两直线平行.5.A 取AC的中点E,连接ME,EN,又∵M,N分别为AB和CD的中点,∴ME∥BC,EN∥AD,且ME=BC=2,EN=AD=1,∵向量与向量的夹角为120°,∴向量与向量的夹角为120°,又∵=+,∴||2=(+)2=+2·+=22+2×2×1×+12=3,∴||=,即线段MN的长为.故选A.6.答案 12解析 因为AC⊥AB,BD⊥AB,所以·=0,·=0,因为二面角α-AB-β的平面角为120°,所以<,>=180°-120°=60°,又因为||2=(++)2=+++2·+2·+2·=3×62+2×62×cos 60°=144,所以||=12.7.解析 (1)易得=++=++,因为=-=c-a,=-=-=b-a,所以=(c-a)+a+(b-a)=a+b+c.(2)由∠BAC=90°,∠BAA1=∠CAA1=60°,AB=AC=AA1=2,得a·b=0,a·c=b·c=2,所以(a+b+c)2=a2+b2+c2+2a·b+2a·c+2b·c=20,即|a+b+c|=2,由(1)知=a+b+c,故||=|a+b+c|=,即MN的长为.8.解析 连接AF,过E作EH∥BF,交AB于点H,如图,易得四边形EFBH为平行四边形,∵EF=2,AB=4,∴AH=2,又∵AE=2,EH=2,∴∠EAH=60°,设=x(0≤x≤1),则=-=x-(+)=x--,∴||====2,当x=时,||取得最小值,为;当x=0或x=1时,||取得最大值,为2,∴FG的长度的范围是[,2].9.C 易得=++,∴·=(++)·=·++·=0+12+0=1,又∵||=2,||=1,∴cos< ,>===,∴直线a与b所成的角是60°.故选C.10.B 在四面体O-ABC中,,,不共面,且=-,令OA=OB=OC=1,依题意,·=(-)·=·-·=1×1×cos 90°-1×1×cos 60°=-.设OB与AC所成角的大小为θ,因为OB与AC是异面直线,所以0°<θ≤90°,则cos θ=|cos<,>|==,解得θ=60°,所以OB与AC所成角的大小为60°.故选B.11.答案 解析 设正方体的棱长为1,则||=,||=.·=(+)·(+)=(+)·(+)=·++·+·=0+12+0+0=1.因为cos<,>===,所以直线BC1与AC所成角的余弦值为.12.BD A选项,由题意可知=++,则==+++2·+2·+2·=62+62+62+2×6×6×cos 60°+2×6×6×cos 60°+2×6×6×cos 60°=216,∴||=6,∴选项A不正确.B选项,=-,=++,所以·=(++)·(-)=·++·--·-·=6×6×cos 60°+62+6×6×cos 60°-62-6×6×cos 60°-6×6×cos 60°=0,∴⊥,即AC1⊥BD,∴选项B正确.C选项,∵==-,∴||2=|-|2=-2·+=62-2×6×6×cos 60°+62=36,即||=6,又∵·=(-)·=·-=6×6×cos 60°-62=-18,∴cos<,>===-,∴向量与的夹角是120°,∴选项C不正确.D选项,∵=+=-+,=+,∴||2=|-+|2=++-2·+2·-2·=62+62+62-2×6×6×cos 60°+2×6×6×cos 60°-2×6×6×cos 60°=72,即||=6,||2=|+|2=++2·=62+62+2×6×6×cos 60°=108,即||=6,·=(-+)·(+)=·+--·+·+·=6×6×cos 60°+62-62-6×6×cos 60°+6×6×cos 60°+6×6×cos 60°=36.设BD1与AC所成的角为θ,由BD1与AC为异面直线可知θ∈,则cos θ=|cos<,>|===,∴选项D正确.故选BD.13.解析 (1)证明:=+,=+.在正三棱柱中,BB1⊥平面ABC,△ABC为正三角形,所以·=0,·=0,<,>=π-<,>=π -=.因为·=(+)·(+)=·+·++·=||·||·cos<,>+=-1+1=0,所以⊥,即AB1⊥BC1.(2)由(1)知·=||·||·cos<,>+=-1.又因为||====||,所以cos<,>==,所以||=2,即侧棱长为2. 展开更多...... 收起↑ 资源列表 2.2 空间向量及其运算.pptx 2.2 空间向量及其运算.docx