内容正文:
第七节 立体几何中的向量方法
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热点命题分析 学科核心素养
利用向量法求空间角和空间距离是高考的重点,考查频率较高,线、面的平行和垂直问题一般不用向量法求解,但向量法的使用有时可以加快求解速度,主要以解答题的形式出现,难度中等. 本节通过对空间角的求解、空间向量的应用,考查考生转化与化归思想的应用,提升考生的直观想象、数学运算、逻辑推理核心素养.
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知识点一 空间角的求法
1.设直线l,m的方向向量分别为a,b,平面α,β的法向量分别为u,ν,则
(1)线线平行:____________________________;
线面平行:______________________;
面面平行:_______________________________.
l∥m⇔a∥b⇔a=kb,k∈R
l∥α⇔a⊥u ⇔a·u =0
α∥β⇔u∥ν⇔u=kν,k∈R
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(2)线线垂直:______________________;
线面垂直:______________________________;
面面垂直:__________________________.
2.空间角的求法
(1)异面直线所成的角
设a,b分别是两异面直线l1,l2的方向向量,则
l⊥m⇔a⊥b⇔a·b=0
l⊥α⇔a∥u⇔a=ku ,k∈R
α⊥β⇔u⊥ν⇔u·ν=0
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(2)直线与平面所成的角
设直线l的方向向量为a,平面α的法向量为n,直线l与平面α所成的角为θ,则sin θ=_______________=_______.
(3)二面角的大小
①如图a,AB,CD是二面角αlβ的两个面内与棱l垂直的直线,则二面角的大小θ=_______________ .
|cos〈a,n〉|
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②如图b,c,n1,n2分别是二面角αlβ的两个半平面α,β的法向量,则二面角的大小θ满足|cos θ|=_________________,二面角的平面角大小是向量n1与n2的夹角(或其补角).
|cos〈n1,n2〉|
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利用空间向量法求二面角时易忽视判断二面角大小,从而致误.解题时注意结合图形判断二面角的平面角是锐角还是钝角,从而在下结论时作出正确判断.
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1.已知两平面的法向量分别为m=(0,1,0),n=(0,1,1),则两平面所成的二面角的大小为___________.
45°或135°
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2.在正方体ABCDA1B1C1D1中,E是C1D1的中点,则异面直线DE与AC夹角的余弦值为________.
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[证明] ∵AE∥CF,AE⊄平面BFC,CF⊂平面BFC,
∴AE∥平面BCF,
∵AD∥BC,同理可得AD∥平面BFC,
又AD∩AE=A,∴平面BCF∥平面ADE,
∵BF⊂平面BFC,∴BF∥平面ADE.
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(2)求直线BE与直线DF所成角的余弦值;
[解] 以A为坐标原点,AB,AD,AE所在直线分别为x,y,z轴,建立空间直角坐标系,
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