3.4.2.2空间中直线、平面的垂直 课件-2022-2023学年高二上学期数学北师大版（2019）选择性必修第一册

第2课时　空间中直线、平面的垂直 南阳市五中 [教材要点] 要点　空间垂直关系的向量表示 设向量l，m分别是直线l，m的方向向量，n1，n2分别是平面α，β的法向量，则 线线垂直 l⊥m⇔l⊥m 线面垂直 l⊥α⇔l∥n1 面面垂直 α⊥β⇔n1⊥n2 [基础自测] 1．思考辨析(正确的画“√”，错误的画“×”) (1)若两直线方向向量的数量积为0，则这两条直线一定垂直相交．(　　) (2)若一直线与平面垂直，则该直线的方向向量与平面内的所有直线的方向向量的数量积为0.(　　) (3)两个平面垂直，则其中一平面内的直线的方向向量与另一平面内的直线的方向向量垂直．(　　) (4)如果一个向量与平面内两个向量垂直，则此向量是平面的一个法向量．(　　) × √ × × 2．若直线l的方向向量a＝(1，0，2)，平面α的法向量为n＝(－2，0，－4)，则(　　) A．l∥α　　　B．l⊥α　　　C．l⊂α　　　D．l与α斜交 解析：∵n＝(－2，0，－4)＝－2(1，0，2)＝－2a， ∴n∥a，∴l⊥α. 答案：B 3．设直线l的方向向量u＝(－2，2，t)，平面α的一个法向量v＝(6，－6，12)，若直线l⊥平面α，则实数t等于(　　) A．4 B．－4 C．2 D．－2 解析：因为直线l⊥平面α，所以u∥v，则＝＝， 解得t＝－4，故选B. 答案：B 4．已知平面α和平面β的法向量分别为a＝(1，2，3)，b＝(x，－2，3)，且α⊥β，则x＝________． 解析：∵α⊥β，∴a⊥b，∴a·b＝x－4＋9＝0，∴x＝－5. 答案：－5 题型一　直线与直线垂直 例1　已知正三棱柱ABC－A1B1C1的各棱长都为1，M是底面上BC边的中点，N是侧棱CC1上的点，且CN＝CC1. 求证：AB1⊥MN. 证明：设AB中点为O，作OO1∥AA1.以O为坐标原点，OB为x轴，OC为y轴，OO1为z轴建立如图所示的空间直角坐标系． 由已知得A(－，0，0)，B(，0，0)， C(0，，0)，N(0，)，B1(，0，1)， ∵M为BC中点， ∴M(，0)． ∴＝＝(1，0，1)， ＝－＋0＋＝0. ，∴AB1⊥MN. 方法归纳 建立空间直角坐标系，将两直线的方向向量用坐标表示，再证明其数量积为0.   跟踪训练1　已知正四棱柱ABCD－A1B1C1D1中，AB＝1，AA1＝2，点E为CC1的中点，点F为BD1的中点．证明：EF⊥BD1，EF⊥CC1. 证明：建立如图所示的空间直角坐标系，则B(0，1，0)，D1(1，0，2)，C1(0，0，2)，E(0，0，1)，F(，1)，C(0，0，0)． ∴＝＝＝(1，－1，2)， ＝＝. 题型二　直线与平面垂直 例2　如图所示，在正方体ABCD－A1B1C1D1中，O为AC与BD的交点，G为CC1的中点．求证：A1O⊥平面GBD. 证明：方法一　如图以D为坐标原点，DA、DC、DD1所在的直线分别为x轴，y轴，z轴建立空间直角坐标系．设正方体棱长为2，则O(1，1，0)，A1(2，0，2)，G(0，2，1)，B(2，2，0)，D(0，0，0)， ＝(1，－1，2)，＝(1，1，0)，＝(－2，0，1)， 而·＝1－1＋0＝·＝－2＋0＋2＝0. ⊥，即OA1⊥OB，OA1⊥BG， 而OB＝B， ∴OA1⊥平面GBD. 方法二　同方法一建系后，＝(－2，0，1)，＝(－2，－2，0)，设平面GBD的法向量为n＝(x，y，z) 则∴ 令x＝1，得z＝2，y＝－1， ∴平面GBD的一个法向量为n＝(1，－1，2) 显然＝(－1，1，－2)＝－n， ∴∥n，∴A1O⊥平面GBD. 方法归纳 利用坐标法证明线面垂直的步骤 方法一 1．建立空间直角坐标系； 2．将直线的方向向量用坐标表示； 3．找出平面内两条相交直线，并用坐标表示它们的方向向量； 4．分别计算直线的方向向量与平面内的两条相交直线的方向向量的数量积，得到数量积为0. 方法二 1．建立空间直角坐标系； 2．将直线的方向向量用坐标表示； 3．求出平面的法向量； 4．证明直线的方向向量与平面的法向量平行． 跟踪训练2　如图，已知平面BCC1B1是圆柱的轴截面(经过圆柱的轴的截面)，BC是圆柱底面的直径，O为底面圆心，E为CC1的中点，A是底面圆周上异于B，C的一点，A1是上底面圆周上异于B1，C1的一点，且AA1⊥平面ABC，AB＝AC＝AA1＝4，求证：B1O⊥平面AEO. 证明：由题意可知AB，AC，AA1两两互相垂直，以A为原点，AB，AC，AA1所在的直线分别为x轴，y轴，z轴建立空间直角坐标系， 则A(0，0，0)，B(4，0，0)，E(0，4，2)，O(2，2，0)，B1(4，0，4)， ∴＝(－2，2，－4)，＝