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- 2021-06-25 发布
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第
1
讲 立体几何中的向量方法
高考定位
高考对本内容的考查主要有:
(1)
空间向量的坐标表示及坐标运算,属
B
级要求;
(2)
线线、线面、面面平行关系判定,属
B
级要求;
(3)
线线、线面、面面垂直的判定,属
B
级要求;
(4)
求异面直线、直线与平面、平面与平面所成角,属
B
级要求
.
真 题 感 悟
(1)
求平面
PAB
与平面
PCD
所成二面角的余弦值;
(2)
点
Q
是线段
BP
上的动点,当直线
CQ
与
DP
所成的角最小时,求线段
BQ
的长
.
考 点 整 合
1.
直线与平面、平面与平面的平行与垂直的向量方法
设直线
l
的方向向量为
a
=
(
a
1
,
b
1
,
c
1
)
,平面
α
,
β
的法向量分别为
μ
=
(
a
2
,
b
2
,
c
2
)
,
ν
=
(
a
3
,
b
3
,
c
3
)
,则
(1)
线面平行
l
∥
α
⇔
a
⊥
μ
⇔
a·μ
=
0
⇔
a
1
a
2
+
b
1
b
2
+
c
1
c
2
=
0.
(2)
线面垂直
l
⊥
α
⇔
a
∥
μ
⇔
a
=
k
μ
⇔
a
1
=
ka
2
,
b
1
=
kb
2
,
c
1
=
kc
2
.
(3)
面面平行
α
∥
β
⇔
μ
∥
ν
⇔
μ
=
λ
ν
⇔
a
2
=
λa
3
,
b
2
=
λb
3
,
c
2
=
λc
3
.
(4)
面面垂直
α
⊥
β
⇔
μ
⊥
ν
⇔
μ
·
ν
=
0
⇔
a
2
a
3
+
b
2
b
3
+
c
2
c
3
=
0.
热点一 向量法证明平行与垂直
【例
1
】
如图,在直三棱柱
ADEBCF
中,面
ABFE
和面
ABCD
都是正方形且互相垂直,
M
为
AB
的中点,
O
为
DF
的中点,求证:
(1)
OM
∥
平面
BCF
;
(2)
平面
MDF
⊥
平面
EFCD
.
探究提高
解决本类问题的关键步骤是建立恰当的坐标系,用坐标表示向量或用基底表示向量,证法的核心是利用向量的数量积或数乘运算
.
【训练
1
】
如图,在四棱锥
PABCD
中,
PA
⊥
平面
ABCD
,底面
ABCD
是菱形,
PA
=
AB
=
2
,
∠
BAD
=
60°
,
E
是
PA
的中点
.
(1)
求证:直线
PC
∥
平面
BDE
;
(2)
求证:
BD
⊥
PC
.
热点二 利用空间向量求空间角
【例
2
】
(2013·
江苏卷
)
如图,在直三棱柱
A
1
B
1
C
1
ABC
中,
AB
⊥
AC
,
AB
=
AC
=
2
,
A
1
A
=
4
,点
D
是
BC
的中点
.
(1)
求异面直线
A
1
B
与
C
1
D
所成角的余弦值;
(2)
求平面
ADC
1
与平面
ABA
1
所成二面角的正弦值
.
解
(1)
以
A
为坐标原点,建立如图所示的空间直角坐标系
A
-
xyz
,
探究提高
利用法向量求解空间线面角的关键在于
“
四破
”
:第一,破
“
建系关
”
,构建恰当的空间直角坐标系;第二,破
“
求坐标关
”
,准确求解相关点的坐标;第三,破
“
求法向量关
”
,求出平面的法向量;第四,破
“
应用公式关
”.
【训练
2
】
(2015·
全国
Ⅱ
卷
)
如图,长方体
ABCD
-
A
1
B
1
C
1
D
1
中,
AB
=
16
,
BC
=
10
,
AA
1
=
8
,点
E
,
F
分别在
A
1
B
1
,
D
1
C
1
上,
A
1
E
=
D
1
F
=
4.
过点
E
,
F
的平面
α
与此长方体的面相交,交线围成一个正方形
.
(1)
在图中画出这个正方形
(
不必说明画法和理由
)
;
(2)
求直线
AF
与平面
α
所成角的正弦值
.
解
(1)
交线围成的正方形
EHGF
如图:
热点三 利用空间向量解决探索性问题
探究提高
空间向量最适合于解决这类立体几何中的探索性问题,它无需进行复杂的作图、论证、推理,只需通过坐标运算进行判断
.
解题时,把要成立的结论当作条件,据此列方程或方程组,把
“
是否存在
”
问题转化为
“
点的坐标是否有解,是否有规定范围内的解
”
等,所以为使问题的解决更简单、有效,应善于运用这一方法
.
【训练
3
】
(2015·
扬州市检测
)
如图,在底面边长为
1
,侧棱长为
2
的正四棱柱
ABCD-A
1
B
1
C
1
D
1
中,
P
是侧棱
CC
1
上的一点,
CP
=
m
.
解
(1)
建立如图所示的空间直角坐标系,
1.
利用空间向量证明线面关系时,应抓住直线的方向向量与平面的法向量之间的关系,如直线的方向向量与平面的法向量共线时,直线和平面垂直;直线的方向向量与平面的法向量垂直时,直线和平面平行或直线在平面内
.
4.
利用空间向量求角时考生易忽视向量的夹角与所求角之间的关系
(1)
求线面角时,得到的是直线方向向量和平面法向量的夹角的余弦,而不是线面角的余弦;
(2)
求二面角时,两法向量的夹角有可能是二面角的补角,要注意从图中分析
.