- 849.00 KB
- 2021-06-16 发布
- 1、本文档由用户上传,淘文库整理发布,可阅读全部内容。
- 2、本文档内容版权归属内容提供方,所产生的收益全部归内容提供方所有。如果您对本文有版权争议,请立即联系网站客服。
- 3、本文档由用户上传,本站不保证质量和数量令人满意,可能有诸多瑕疵,付费之前,请仔细阅读内容确认后进行付费下载。
- 网站客服QQ:403074932
第 51 讲 空间几何点的坐标的写法
【知识要点】
一、空间向量的正交分解
空间的任意向量 a
,均可分解为不共面的三个向量 xi
、 y j
、 zk
,使 a xi y j zk
. 如果 , ,i j k
两两垂
直,这种分解就是空间向量的正交分解.
二、空间向量基本定理
如果三个向量 , ,a b c
不共面,那么对于空间任意一个向量 p
,存在一个唯一的有序实数组 , ,x y z 使
p xa yb zc .我们把 , ,a b c
叫做空间的一个基底,其中 , ,a b c
叫基向量.
三、单位正交分解
如果空间一个基底的三个基向量互相垂直,长度都为 1 个单位,则这个基底叫做单位正交基底,通常用
{ , ,i j k
}表示.
四、空间直角坐标
若 , ,i j k
为有公共起点 O 的三个两两垂直的单位向量,分别以 , ,i j k
的方向为 x 轴, y 轴, z 轴的正方
向建立空间直角坐标系O xyz ,有序实数组 , ,x y z 使得 p xi y j zk ,我们把 , ,x y z 称作向量在单
位正交基底 , ,i j k
下的坐标,记作 ( , , )p x y z ,则坐标 ( , , )x y z 就是向量 p
的坐标.
五、写空间点的坐标常用的有直接观察法、向量法、作坐标线法三种.
【方法讲评】
方法一 直接观察法
使用情景 点的位置比较特殊,一般在坐标轴上或其它特殊位置.
解题步骤 直接利用空间向量点坐标的定义观察写出点的坐标.
【例 1】如图,在直三棱柱 1 1 1ABC A B C 中, 12, 1BC AB AC AA ,D 是棱 1CC 上的一点,
P 是 AD 的延长线与 1 1AC 的延长线的交点,且 1PB ∥平面 1BDA .
(1)求证: DCCD 1 ;
(2)求二面角 1 1A B D P 的正弦值.
由(1)知 1C 为 1A P 中点
∴点 1 1, , ,A B D P 坐标分别为 1(0,0,0)A , 1(1,0,0)B , 1(0,1, )2D , (0,2,0)P
设平面 1 1A B D 的法向量 ( , , )m x y z
∵ 1 1m A B 且 1m A D
∴
0
1 02
x
y z
取 2z
【点评】该题中的几何体比较特殊的几何体直三棱柱,题目中的各个点比较容易直接观察得到,所以选
择直接观察法写出各点的坐标.在正方体、长方体、直棱柱、正棱柱等特殊几何体中也常用直接观察法.
【反馈检测 1】如图,在四棱锥 ABCDP 中,底面 ABCD是正方形,侧棱 PD ⊥底面 ABCD,
DCPD , E 是 PC 的中点,作 PBEF 交 PB 于点 F .
(1)求证: PA // 平面 EDB ;
(2)求二面角 BDEF 的正弦值.
方法二 向量法
使用情景 点在一般位置,不是特殊位置.
解题步骤 利用向量的关系计算出空间点的坐标.
【例 2】己知四棱锥 P ABCD ,其中底面 ABCD 为矩形侧棱 PA ABCD 底面 ,其中
2BC , 2 6AB PA , ,M N 为侧棱 PC 上的两个三等分点,如图所示:
(1)求证: ||AN MBD平面 ;
(2)求二面角 B PC A 的余弦值.
(2)易知 ABP 为等腰直角三角形,所以 BP 为外接圆的直径,所以 3 2PB , 3PA ,如图所示,以 A
为原点,建立空间直角坐标系 A xyz ,
则 A (0,0,0), B (3,0,0),C (3,6,0), D (0,6,0), P (0,0,3),
设 M 坐标为 ( , , )M M Mx y z ,由题得 2
3PM PC ,所以 2( , , 3) (3,6, 3) (2,4, 2)3M M Mx y z
所以
2 2
4 4
3 2 1
M M
M M
M M
x x
y y
z z
, 所以 M 坐标为(2,4,1),同理 N 点坐标为(1,2,2),设平面 BCP 的
法向量为 ( , , )m x y z , ( 3,0,3), (0,6,0)BP BC
,并且 ,BP BC
m m ,
P
A
B C
D
M
N
z
y
x
3 3 0
6 0
x z
y
,令 1,x 得 0, 1y z ,
【点评】本题中的点 ,M N 的坐标不是很好写,所以要根据向量的关系 2 ,3PM PC 1
3PN PC 列出方
程,再解方程即可推算出 ,M N 的坐标.
【例 3】如图,在各棱长均为 2 的三棱柱 1 1 1ABC A B C 中,侧面 1 1A ACC ABC 底面 , 0
1 60A AC .
(Ⅰ)求侧棱 1AA 与平面 1AB C 所成角的正弦值的大小;
(Ⅱ)已知点 D 满足 BD BA BC ,在直线 1AA 上是否存在点 P ,使 DP ∥平面 1AB C ?若存在,请
确定点 P 的位置;若不存在,请说明理由.
【解析】(Ⅰ)∵侧面 1 1A ACC ABC 底面 ,作 1AO AC 于点 O ,
∴ 1AO ABC 平面 .又 0
1 60ABC A AC ,且各棱长都相等,
∴ 1AO , 1 3OA OB , BO AC
故以 O 为坐标原点,建立如图所示的空间直角坐标系 O xyz ,则
A (0,﹣1,0), B ( ,0,0), 1A 0,0 3( , ),C (0,1,0), 1 (0,1, 3)AA = .
(Ⅱ)∵ BD BA BC ,
而 ( 3, 1,0 ( 31 0)BA BC ), ,,
∴ 2 3,0,0)BD (- .
又∵ ( 3,0,0)B ,∴点 D 的坐标为 ( 3,0,0)D .
假设存在点 P 符合题意,则点 P 的坐标可设为 (0, , )P y z .
∴ ( 3, , )DP y z
∵ DP ∥平面 1AB C , ( 1,0,1)n 为平面 1AB C 的法向量,
∴由 1AP AA ,得 1
3 3
y
,∴ 0y .
又 DP 1AB C 平面 ,
故存在点 P ,使 DP ∥平面 1AB C ,其坐标为 0,0 3( , ),即恰好为 1A 点.
【点评】本题中的点 1B 的坐标不是很好写,但是 1 1AA BB= 利用列出关于点 1B 坐标的方程便可以比较
方便地写出它的坐标.
【反馈检测2】正三棱锥O ABC 的三条侧棱OA OB OC、 、 两两垂直,且长度均为2. E F、 分别
是 AB AC、 的中点, H 是 EF 的中点,过 EF 的一个平面与侧棱 OA OB OC、 、 或其延长线分别相交于
1 1 1A B C、 、 ,已知 1
3
2OA .
(1) 证明: 1 1B C 平面OAH ; (2)求二面角 1 1 1O A B C 的余弦值;(3)求点 B 到平面 1 1 1A B C
的距离.
方法三 作坐标线法
使用情景 点所在的三角形是直角三角形.
解题步骤 作出点的坐标线,根据坐标线写出点的坐标.
【例 4 】 如图,四棱锥 P ABCD 的底面 ABCD 为矩形,且 1PA AD , 2AB , 0120PAB ,
090PBC .
(Ⅰ)求证: DA PAB 平面 ;
(Ⅱ)求直线 PC 与平面 ABCD 所成角的正弦值.
(Ⅱ)以点 A 为坐标原点, AB 所在的直线为 y 轴建立空间直角坐标系如右图示,则依题意可得
3 1(0,0,1), (0,2,1), ( , ,0)2 2D C P - ,
可得 3 5( , , 1)2 2CP = - -
平面 ABCD 的单位法向量为 (1,0,0)m = ,设直线 PC 与平面 ABCD 所成角为q ,
则
∴ ,即直线 PC 与平面 ABCD 所成角的正弦值为 6
8
.
【点评】本题中点 P 的坐标,直接观察不是很方便,需要过点 P 作 PH AB ,垂足为 H ,再解三角形
APH ,得到 ,AH PH 的长度,即可得到点 P 的坐标.
【反馈检测 3】如图在底面为菱形的四棱锥 P ABCD , 60 , 1, 2ABC PA AC PB PD ,
点 E 在 PD 上,且 2PE
ED
.
(Ⅰ)求证: PA 平面 ABCD ;
(Ⅱ)求二面角 E AC D 的正弦值;
(Ⅲ)在棱 PC 上是否存在点 F 使得 BF 平面 EAC ?若存在,试求 PF 的值;若不存在,请说明理
由.
高中数学常见题型解法归纳及反馈检测第 51 讲:
空间几何点的坐标的写法参考答案
【反馈检测 1 答案】(1)证明过程详见解析;(2)
3
22 .
【反馈检测 1 详细解析】如图建立空间直角坐标系,点 D 为坐标原点,设 1DC .
(2) )1,1,1(),0,1,1( PBB ,又 )2
1,2
1,0(DE ,故 0 DEPB ,所以 DEPB .
由已知 PBEF ,且 EDEEF ,所以 PB 平面 EFD .
所以平面 EFD 的一个法向量为 )1,1,1( PB . )0,1,1(),2
1,2
1,0( DBDE ,
不妨设平面 DEB 的法向量为 ),,( zyxa
则
0
0)(2
1
yxDBa
zyDEa
不妨取 1x 则 1,1 zy ,即 )1,1,1( a
设求二面角 BDEF 的平面角为
3
1
||||
cos
PBa
PBa 因为 ],0[ ,所以
3
22sin .
二面角 BDEF 的正弦值大小为
3
22 .
【反馈检测 2 答案】(1)见解析;(2) 6
6
;(3) 6
6
.
(2)
N
M
B
1
C
1
A
1
H
F
E
C
B
A
O
作ON ⊥ 1 1A B 于 N ,连 1C N .因为 1OC ⊥平面 1 1OA B ,
根据三垂线定理知, 1C N ⊥ 1 1A B ,
1ONC 就是二面角 1 1 1O A B C 的平面角.
作 EM ⊥ 1OB 于 M ,则 EM ∥OA,则 M 是OB 的中点,则 1EM OM .
设 1OB x ,由 1 1
1
OB OA
MB EM
得, 3
1 2
x
x
,解得 3x ,
在 1 1Rt OA B 中, 2 2
1 1 1 1
3 52A B OA OB ,则, 1 1
1 1
3
5
OA OBON A B
.
所以 1
1tan 5OCONC ON
,故二面角 1 1 1O A B C 余弦值为 6
6
.
(2)由已知 1
3( ,0,0),2A 设 1(0,0, )B z
则 1 1
1( ,0,1), ( 1,0, 1)2A E EB z
由 1A E
与 1EB
共线得:存在 R 有 1 1A E EB 得
1
1
3 (0,0,3)2
1 ( 1)
z B
z
同理: 1(0,3,0)C
1 1 1 1
3 3( ,0,3), ( ,3,0)2 2A B AC
【反馈检测 3 答案】(1)见解析;(2) 1
2
(3) 2
2
.
【反馈检测 3 详细解析】(Ⅰ)证明:∵在菱形 ABCD 中, 60ABC ,
∴ AC AB AD .
x y
z
∵ 1PA AC ,
∴ 1PA AB AD .
∵ 2PB PD ,
∴ 2 2 2 2 2 2,PA AB PB PA AD PD .
∴ ,PA AB PA AD .
∵ AB AD A ,
∴ PA 平面 ABCD .
(Ⅱ)如图,以 A 为原点建立空间直角坐标系,依题意可得
设所求二面角的平面角为 ,
则
2 1sin 1 cos , 2AD
n ,
所以二面角 E AC D 的正弦值为 1
2
.
2
(Ⅲ)因为 1 3, , 12 2PC
, F 为 PC 上一点, 1,0,0B ,
则有 1 3, ,12 2PF PC
,故 F 点坐标为 1 3, ,12 2
.
所以 1 31, ,12 2BF
.
则 1 3 1 2, , ,4 4 2 2PF PF
,即 PF 的值为 2
2
.
相关文档
- 高考数学专题18平面向量的概念及其2021-06-1622页
- 高考数学二轮复习特色专题训练专题2021-06-1631页
- 高考数学(理)一轮复习人教A版-第十一2021-06-1620页
- 高考数学一轮复习核心素养测评六十2021-06-164页
- 2020年北京市朝阳区六校高考数学模2021-06-1619页
- 高考数学精讲精练精析专题3_2导数2021-06-1630页
- 高考数学考前冲刺大题精做专题07立2021-06-1633页
- 高考数学玩转压轴题专题2_5最值位2021-06-1622页
- 高考数学易错题解题方法(6) 共72021-06-1611页
- 2020年内蒙古包头市高考数学一模试2021-06-1621页