第8章 第7讲 空间向量在立体几何中的应用-【金版教程】2024高考数学一轮复习创新方案word(新教材,提升版)

2023-07-15
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第7讲 空间向量在立体几何中的应用 课程标准:1.能用向量语言描述直线和平面,理解直线的方向向量与平面的法向量.2.能用向量语言表述直线与直线、直线与平面、平面与平面的夹角以及垂直与平行关系.3.能用向量方法证明必修内容中有关直线、平面位置关系的判定定理.4.能用向量方法解决点到直线、点到平面、相互平行的直线、相互平行的平面的距离问题和简单夹角问题,并能描述解决这一类问题的程序,体会向量方法在研究几何问题中的作用. 1.直线的方向向量和平面的法向量 (1)直线的方向向量 在直线l上取非零向量a,把与a平行的非零向量称为直线l的方向向量. (2)平面的法向量 直线l⊥α,取直线l的方向向量a,称向量a为平面α的法向量. 2.空间位置关系的向量表示 位置关系 向量表示 直线l1,l2的方向向量分别为n1,n2 l1∥l2 n1∥n2⇔n1=λn2 l1⊥l2 n1⊥n2⇔n1·n2=0 直线l的方向向量为n,平面α的法向量为m l∥α n⊥m⇔m·n=0 l⊥α n∥m⇔n=λm 平面α,β的法向量分别为n,m α∥β n∥m⇔n=λm α⊥β n⊥m⇔m·n=0 3.空间向量与空间角的关系 (1)两条异面直线所成角的求法 设两条异面直线a,b的方向向量分别为a,b,其夹角为θ,则cosφ=|cosθ|=. (2)直线与平面所成角的求法 如图所示,设直线l的方向向量为e,平面α的法向量为n,直线l与平面α所成的角为φ,两向量e与n的夹角为θ,则有sinφ=|cosθ|=,φ的取值范围是. (3)求二面角的大小 如图①,AB,CD是二面角α-l-β的两个半平面内与棱l垂直的射线,则二面角的大小θ=〈,〉. 如图②③,n1,n2分别是二面角α-l-β的两个半平面α,β的法向量,则二面角的大小θ满足cosθ=cos〈n1,n2〉或-cos〈n1,n2〉,取值范围是[0,π]. 注:注意二面角与两个平面的夹角的区别与联系,二面角的取值范围是[0,π],两个平面的夹角的取值范围是. 4.向量法求空间的距离 (1)点到直线的距离 如图,直线l的单位方向向量为u,A是直线l上的定点,P是直线l外一点,则点P到直线l的距离d=. (2)点到平面的距离 如图,A是平面α内的定点,B是平面α外一点,n为平面α的法向量,则点B到平面α的距离d=. (3)线面距、面面距均可转化为点面距进行求解. 确定平面法向量的方法 (1)直接法:观察是否有垂直于平面的向量,若有,则此向量就是法向量. (2)待定系数法:取平面内的两个相交向量a,b,设平面的法向量为n=(x,y,z),由解方程组求得. 1.(2022·浙江台州检测)已知向量m,n分别是直线l的方向向量和平面α的法向量,若cos〈m,n〉=-,则直线l与平面α所成的角为(  ) A. B. C. D. 答案 A 解析 设直线l与平面α所成的角为θ,则sinθ=|cos〈m,n〉|=.∵θ∈,∴θ=.故选A. 2.在一个二面角的两个面内都和二面角的棱垂直的两个向量分别为(0,-1,3),(2,2,4),则这两个平面夹角的余弦值为(  ) A. B.- C. D.- 答案 A 解析 =,故选A. 3.在空间直角坐标系Oxyz中,平面OAB的一个法向量为n=(2,-2,1),已知点P(-1,3,2),则点P到平面OAB的距离d等于(  ) A.4 B.2 C.3 D.1 答案 B 解析 由已知,得=(-1,3,2),所以点P到平面OAB的距离d===2.故选B. 4.已知直线l过定点A(2,3,1),且方向向量为s=(0,1,1),则点P(4,3,2)到l的距离为(  ) A. B. C. D. 答案 A 解析 因为A(2,3,1),P(4,3,2),所以=(2,0,1),则||=,|·|=,由点到直线的距离公式得d==.故选A. 5.如图所示,在棱长为2的正方体ABCD-A1B1C1D1中,O是底面ABCD的中心,E,F分别是CC1,AD的中点,那么异面直线OE与FD1所成角的余弦值为(  ) A. B. C. D. 答案 B 解析 建立如右图所示的空间直角坐标系,则O(1,1,0),E(0,2,1),F(1,0,0),D1(0,0,2),∴=(-1,0,2),=(-1,1,1).∴cos〈,〉===.故选B. 6.如图,已知P为矩形ABCD所在平面外一点,PA⊥平面ABCD,E,F分别是AB,PC的中点.若∠PDA=45°,则EF与平面ABCD所成角的大小是(  ) A.90° B.60° C.45° D.30° 答案 C 解析 设AD=a,AB=b,因为∠PDA=45°,PA⊥平面ABCD,所以PA⊥AD,PA=AD=a.以点A为坐标原点,AB,AD,AP

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